CHROMO RŪGŠTIS: STRUKTŪRA, SAVYBĖS, GAMYBA, PANAUDOJIMAS - CHEMIJA - 2025

Chromo rūgštis arba H ₂ CrO ₄ yra teoriškai rūgšties susijęs su chromo oksido (VI) arba Chromo ČRo ₃ . Šis pavadinimas yra susijęs su tuo, kad rūgščiuose vandeniniuose chromo oksido tirpaluose H ₂ CrO ₄ yra kartu su kitomis chromo rūšimis (VI).

Chromo oksidas CrO ₃ taip pat vadinamas bevandene chromo rūgštimi. CrO ₃ yra rausvai rudos ar raudonos kieta medžiaga, gauti apdorojant kalio dichromatas K ₂ Cr ₂ O ₇ su sieros rūgšties H ₂ SO ₄ .

Chromo oksido CrO ₃ kristalai tiglyje. Rando Tuvikene. Šaltinis: „Wikipedia Commons“.

Vandeniniai chromo oksido tirpalai patiria pusiausvyrą tam tikrų cheminių rūšių, kurių koncentracija priklauso nuo tirpalo pH. Esant baziniam pH, vyrauja chromato jonai CrO ₄ ² , o esant rūgščiam pH - HCrO ₄ ^- ir dichromatas Cr ₂ O ₇ ² . Apskaičiuota, kad esant rūgščiam pH chromo rūgštis taip pat yra H ₂ CrO ₄ .

Dėl savo didelės oksidacijos galios chromo rūgšties tirpalai yra naudojami organinėje chemijoje oksidacijos reakcijoms vykdyti. Jie taip pat naudojami elektrocheminiuose procesuose metalams apdoroti, kad jie įgytų atsparumą korozijai ir dilimui.

Tam tikros polimerinės medžiagos taip pat yra apdorojamos chromo rūgštimi, siekiant pagerinti jų sukibimą su metalais, dažais ir kitomis medžiagomis.

Chromo rūgšties tirpalai yra labai pavojingi žmonėms, daugumai gyvūnų ir aplinkai. Dėl šios priežasties skystos ar kietos atliekos iš procesų, kuriuose naudojama chromo rūgštis, yra apdorojamos, kad būtų pašalinti chromo (VI) pėdsakai arba atgautas visas esantis chromas ir regeneruota chromo rūgštis pakartotiniam naudojimui.

Struktūra

Chromo rūgšties H ₂ CrO ₄ molekulę sudaro chromato jonas CrO ₄ ^2- ir du prie jo prijungti vandenilio jonai H ⁺ . Chromato jone elemento Chromas oksidacijos būsena yra +6.

Chromatinio jono erdvinė struktūra yra tetraedrinė, kur centre yra chromas, o deguonis užima keturias tetraedro viršūnes.

Chromo rūgštyje vandenilio atomai yra kartu su deguonimi. Iš keturių chromo jungčių su deguonies atomais du yra dvigubi, o du yra paprasti, nes juose yra vandenilis.

Chromo rūgšties H ₂ CrO _{4 struktūra,} kurioje stebima tetraedrinė chromato forma ir jos dvigubi ryšiai. NEUROtiker. Šaltinis: „Wikipedia Commons“.

Kita vertus, chromo oksidas CrO ₃ turi chromo atomą +6 oksidacijos būsenoje, kurį supa tik trys deguonies atomai.

Nomenklatūra

- chromo rūgštis H ₂ CrO ₄

- Tetraoksochromo rūgštis H ₂ CrO ₄

- Chromo oksidas (bevandenė chromo rūgštis) CrO ₃

- Chromo trioksidas (bevandenė chromo rūgštis) CrO ₃

Savybės

Fizinė būklė

Bevandenė chromo rūgštis arba chromo oksidas yra purpurinės arba raudonos spalvos kristalinė kieta medžiaga

Molekulinė masė

CrO ₃ : 118,01 g / mol

Lydymosi temperatūra

CrO ₃ : 196 ºC

Virš savo lydymosi temperatūros jis yra termiškai nestabilus, jis praranda deguonį (redukuojamas), kad gautų chromo (III) oksidą Cr ₂ O ₃ . Jis suyra maždaug 250 ° C temperatūroje.

Tankis

CrO ₃ : 1,67-2,82 g / cm ³

Tirpumas

CrO ₃ labai gerai tirpsta vandenyje: 169 g / 100 g vandens 25 ºC temperatūroje.

Jis tirpsta tokiose mineralinėse rūgštyse kaip sieros ir azoto. Tirpsta alkoholyje.

Kitos savybės

CrO ₃ yra labai higroskopiškas, jo kristalai yra blizgūs.

Kai CrO ₃ ištirpsta vandenyje, susidaro stipriai rūgštiniai tirpalai.

Tai labai galingas oksidantas. Stipriai oksiduoja organines medžiagas beveik visomis formomis. Reaguoja į audinius, odą ir kai kuriuos plastikus. Taip pat puola daugumą metalų.

Dėl stipraus oksidacijos jis yra labai nuodingas ir labai dirginantis.

Vandeninių tirpalų, kuriuose yra chromo rūgštis, chemija

Chromo oksidas CrO ₃ greitai ištirpsta vandenyje. Vandeniniame tirpale chromas (VI) gali egzistuoti skirtingomis joninėmis formomis.

Esant pH> 6,5 arba šarminiame tirpale, chromas (VI) įgyja chromato jonų formą CrO ₄ ^{2 -} geltoną spalvą.

Jei pH sumažėja (1 <pH <6,5), chromas (VI) daugiausia sudaro HCrO ₄ ^- joną , kuris gali susilpnėti iki dichromatinio jono Cr ₂ O ₇ ^2- , o tirpalas pasidaro oranžinis. Esant pH tarp 2,5 ir 5,5 vyraujančių rūšių yra HCrO ₄ ^- ir Cr ₂ O ₇ ^2- .

Dichromatinio jono Cr ₂ O ₇ ^2, kuris randamas kartu su dviem natrio Na ⁺ jonais, struktūra . Capaccio. Šaltinis: „Wikipedia Commons“.

Šiuose tirpaluose susidaro šie likučiai, kai mažėja pH:

CrO ₄ ^2- (chromato jonas) + H ⁺ ⇔ HCrO ₄ ^-

HCrO ₄ ^- + H ⁺ ⇔ H ₂ CrO ₄ (chromo rūgštis)

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

Šie balansai susidaro tik tuo atveju, jei rūgštis, pridedama mažinant pH, yra HNO ₃ arba HClO ₄ , nes kartu su kitomis rūgštimis susidaro skirtingi junginiai.

Rūgštiniai dichromatų tirpalai yra labai stiprūs oksidatoriai. Tačiau šarminiuose tirpaluose chromato jonai oksiduojasi daug mažiau.

Gavimas

Remiantis šaltiniais, su kuriais buvo konsultuojamasi, vienas iš chromo oksido CrO ₃ gavimo būdų yra sieros rūgšties įdėjimas į vandeninį natrio arba kalio dichromato tirpalą, formuojant raudonai oranžines nuosėdas.

Chromo oksido hidratas arba chromo rūgštis. Himstakanas. Šaltinis: „Wikipedia Commons“.

Chromo rūgštis H ₂ CrO ₄ randama vandeniniuose chromo oksido tirpaluose rūgščioje terpėje.

Chromo rūgšties panaudojimas

Oksiduojant cheminius junginius

Dėl savo stiprios oksidacijos chromo rūgštis ilgą laiką buvo sėkmingai naudojama oksiduoti organinius ir neorganinius junginius.

Tarp nesuskaičiuojamų pavyzdžių yra šie: tai leidžia oksiduoti pirminius alkoholius į aldehidus, o šie - į karboksirūgštis, antrinius alkoholius - į ketonus, tolueną į benzenkarboksirūgštį, etilbenzeną į acetofenoną, trifenilmetaną į trifenilkarbinolį, skruzdžių rūgštį iki CO ₂ , oksalo rūgštį iki CO ₂ , pieno rūgštis į acetaldehidą ir CO ₂ , geležies jonas Fe ²⁺ į geležies joną Fe ³⁺ , jodido jonas į jodą ir kt.

Tai leidžia konvertuoti nitrozo junginius į nitro junginius, sulfidus į sulfonus. Jis dalyvauja ketonų sintezėje, pradedant nuo alkenų, nes jis oksiduoja hidroboruotus alkenus į ketonus.

Junginiai, labai atsparūs įprastiems oksidatoriams, tokiems kaip deguonis O ₂ arba vandenilio peroksidas H ₂ O ₂ , oksiduojami chromo rūgštimi. Tai taikoma tam tikriems heterocikliniams boranams.

Metalų anodavimo procesuose

Chromo rūgšties anodavimas yra elektrocheminis aliuminio apdorojimas, kuris daugelį metų apsaugo jį nuo oksidacijos, korozijos ir dilimo.

Anodavimo procesas apima elektrocheminį aliuminio oksido arba aliuminio oksido sluoksnio susidarymą ant metalo. Tada šis sluoksnis uždaromas karštu vandeniu, kurio pagalba virsta aliuminio oksido trihidratu.

Uždarytas oksido sluoksnis yra storas, bet struktūriškai silpnas ir nelabai tinkamas tolimesniam klijų klijavimui. Tačiau į sandarųjį vandenį įpylus nedidelį kiekį chromo rūgšties, susidaro paviršius, galintis sudaryti geras jungtis.

Chromo rūgštis, esanti sandarinimo vandenyje, ištirpina dalį šiurkščiavilnių elementų, panašių į struktūrą, ir palieka ploną, stiprų, tvirtai pritvirtintą aliuminio oksido sluoksnį, prie kurio klijai prilimpa ir sudaro tvirtus bei tvirtus ryšius.

Chromo rūgšties anodavimas taip pat galioja titanui ir jo lydiniams.

Atliekant cheminius virsmo procesus

Chromo rūgštis naudojama metalų dengimo procesuose cheminės konversijos būdu.

Šio proceso metu metalai panardinami į chromo rūgšties tirpalus. Tai reaguoja ir iš dalies ištirpina paviršių, nusodindamas ploną sudėtingų chromo junginių, sąveikaujančių su netauriųjų metalų sluoksniu, sluoksnį.

Šis procesas vadinamas chromatine konversine danga arba konversine chromavimu.

Metalai, kurie paprastai yra paverčiami chromuotos chromuotos dangos, yra įvairių tipų plienas, toks kaip anglies plienas, nerūdijantis plienas ir cinku dengtas plienas, taip pat įvairūs spalvotieji metalai, tokie kaip magnio lydiniai, alavo lydiniai, aliuminio lydiniai, varis. , kadmis, manganas ir sidabras.

Šis apdorojimas suteikia metalui atsparumą korozijai ir blizgesiui. Kuo aukštesnis proceso pH, tuo didesnis atsparumas korozijai. Temperatūra pagreitina rūgšties reakciją.

Gali būti naudojamos įvairių spalvų dangos, tokios kaip mėlyna, juoda, auksinė, geltona ir skaidri. Tai taip pat suteikia geresnį metalo paviršiaus sukibimą su dažais ir klijais.

Erdvuotuose ar be duobių paviršių

Chromo rūgšties tirpalai naudojami ruošiant daiktų, pagamintų iš termoplastinės medžiagos, termoreaktingų polimerų ir elastomerų, paviršių, kad vėliau būtų galima padengti dažais ar klijais.

H ₂ CrO _{4 turi} įtakos paviršiaus chemijai ir jo struktūrai, nes padeda padidinti jo šiurkštumą. Kauliukų ir oksidacijos derinys padidina klijų įsiskverbimą ir netgi gali pakeisti polimero savybes.

Jis buvo naudojamas išsišakojusiam mažo tankio polietilenui, linijiniam didelio tankio polietilenui ir polipropilenui ardyti.

Jis plačiai naudojamas galvanizavimo arba galvanizavimo pramonėje, siekiant palengvinti metalo ir polimero sukibimą.

Įvairiais atvejais

Chromo rūgštis naudojama kaip medienos konservantas, taip pat ir magnetinėse medžiagose bei cheminių reakcijų katalizei.

Chromo rūgšties atsigavimas

Yra daugybė procesų, kuriuose naudojama chromo rūgštis ir iš kurių susidaro srautai ar likučiai, kuriuose yra chromo (III) (III), kurių negalima sunaikinti, nes juose yra chromo (VI) jonai, kurie yra labai toksiški, ir jų negalima pakartotinai panaudoti, nes chromato jonų koncentracija yra labai maža.

Jų šalinimui reikia chemiškai redukuoti chromatus į chromą (III), po to nusodinti hidroksidą ir filtruoti, o tai sukelia papildomų išlaidų.

Dėl šios priežasties buvo ištirti įvairūs chromatų pašalinimo ir atkūrimo metodai. Štai keletas iš jų.

Naudojant dervas

Jonų mainų dervos daugelį metų buvo naudojamos vandens, užteršto chromatais, valymui. Tai yra vienas iš gydymo būdų, patvirtintų JAV aplinkos apsaugos agentūros arba EPA (Aplinkos apsaugos agentūros).

Šis metodas leidžia atgauti koncentruotą chromo rūgštį, nes ji vėl regeneruojama iš dervos.

Dervos gali būti stiprios arba silpnos pagrindu. Stipriai šarminėse dervose chromatą galima pašalinti, nes jonai HCrO ₄ ^- ir Cr ₂ O ₇ ² yra keičiami jonais OH ^- ir Cl ^- . Silpnai bazinėse dervose, pavyzdžiui, sulfatuose, jonai keičiasi su SO ₄ ^{2 -} .

Stipriai šarminių R- (OH) dervų atveju bendros reakcijos yra šios:

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

Kiekvienam R moliui ₂ ČRo ₄ konvertuoti, vienas mol Cr (VI) ištraukiamas iš tirpalo, kuris leidžia šis metodas labai patraukli.

Pašalinus chromatus, derva apdorojama stipriai šarminiu tirpalu, kad regeneruotų juos saugioje vietoje. Tada chromatai paverčiami koncentruota chromo rūgštimi, kad būtų galima pakartotinai naudoti.

Atliekant elektrocheminį regeneravimą

Kitas metodas yra chromo rūgšties elektrocheminis regeneravimas, kuris taip pat yra labai patogi alternatyva. Chromas (III) tokiu būdu anodiškai oksiduojamas į chromą (VI). Pageidautina, kad anodo medžiaga būtų švino dioksidas.

Mikroorganizmų naudojimas nuotekoms valyti su chromo rūgšties pėdsakais

Ištirtas ir vis dar tiriamas metodas yra mikroorganizmų, natūraliai esančių tam tikruose nuotekose, užterštuose šešiavalenčiais chromo jonais, esančiais chromo rūgšties tirpaluose, panaudojimas.

Nuotekos kenksmingos aplinkai. Autorius: „OpenClipart-Vectors“. Šaltinis: „Pixabay“.

Tai taikoma tam tikroms bakterijoms, esančioms odos rauginimo nuotekose. Šie mikrobai buvo ištirti ir nustatyta, kad jie yra atsparūs chromatams ir taip pat geba redukuoti chromą (VI) į chromą (III), kuris yra daug mažiau kenksmingas aplinkai ir gyvoms būtybėms.

Dėl šios priežasties manoma, kad jie gali būti naudojami kaip ekologiškas būdas valyti ir detoksikuoti nuotekas, užterštas chromo rūgšties pėdsakais.

Chromo rūgšties ir chromo oksido pavojai

CrO ₃ nėra degus, tačiau jis gali suaktyvinti kitų medžiagų degimą. Daugelis jų reakcijų gali sukelti gaisrą ar sprogimą.

CrO ₃ ir chromo rūgšties tirpalai stipriai dirgina odą (gali sukelti dermatitą), akis (gali nudeginti) ir gleivines (gali sukelti bronchoasmą) ir gali sukelti vadinamąsias chromo skyles kvėpavimo sistemoje. .

Chromo (VI) junginiai, tokie kaip chromo rūgštis ir chromo oksidas, yra labai toksiški, mutageniški ir kancerogeniški daugumai gyvų daiktų.

Nuorodos

1. Cotton, F. Albert ir Wilkinson, Geoffrey. (1980). Pažangi neorganinė chemija. Ketvirtasis leidimas. Johnas Wiley ir sūnūs.
2. JAV nacionalinė medicinos biblioteka. (2019 m.). Chromo rūgštis. Atkurta iš: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. Wegmanas, RF ir Van Twisk, J. (2013). Aliuminis ir aliuminio lydiniai. 2.5. Chromo rūgšties anodavimo procesas. Paviršiaus klijavimo paviršiaus paruošimo technikoje (antrasis leidimas). Atgauta iš „sciencedirect.com“.
4. Wegmanas, RF ir Van Twisk, J. (2013). Magnis. 6.4. Magnio ir magnio lydinių paruošimas chromo rūgšties apdorojimo procesais. Paviršiaus klijavimo paviršiaus paruošimo technikoje (antrasis leidimas). Atgauta iš „sciencedirect.com“.
5. Grotas, W. (2011). Programos. 5.1.8. Chromo rūgšties regeneracija. Fluorinti jonomerai (antrasis leidimas). Atgauta iš „sciencedirect.com“.
6. „Swift“, KG ir „Booker“, JD (2013). Paviršiaus inžinerijos procesai. 9.7. Chromuoja. Gamybos proceso pasirinkimo vadove. Atgauta iš „sciencedirect.com“.
7. Poulssonas, AHC ir kt. (2019 m.). PEEK paviršiaus modifikavimo metodai, įskaitant paviršiaus apdorojimą plazma. 11.3.2.1. Paviršiaus ėsdinimas. „PEEK Biomaterials“ vadove (antrasis leidimas). Atgauta iš „sciencedirect.com“.
8. Westheimer, FH (1949). Chromo rūgšties oksidacijos mechanizmai. Cheminės apžvalgos 1949, 45, 3, 419-451. Atkurta iš pubs.acs.org.
9. Tan, HKS (1999). Chromo rūgšties pašalinimas anijonų mainų būdu. Kanados chemijos inžinerijos žurnalas, 77 tomas, 1999 m. Vasario mėn. Gauta iš onlinelibrary.wiley.com.
10. Kabir, MM et al. (2018 m.). Chromo (VI) redukuojančių bakterijų išskyrimas ir apibūdinimas iš rauginimo medžiagų ir kietų atliekų. Pasaulio mikrobiologijos ir biotechnologijų žurnalas (2018) 34: 126. Atkurta iš ncbi.nlm.nih.gov.