KROMSYRA: STRUKTUR, EGENSKAPER, PRODUKTION, ANVÄNDNING - KEMI - 2026

Den kromsyra eller H ₂ CrO ₄ är teoretiskt syran associerad med kromoxid (VI) eller kromoxid CrOs ₃ . Detta namn beror på det faktum att arten H i sura vattenlösningar av kromoxid ₂ CrO ₄ är närvarande tillsammans med andra arter av krom (VI).

Kromoxid CrO ₃ kallas också vattenfri kromsyra. CrOs ₃ är en rödbrun eller lila fast ämne som erhålles genom att behandla lösningar av kaliumdikromat K ₂ Cr ₂ O ₇ med svavelsyra H ₂ SO ₄ .

Kromoxid CrO _3- kristaller i en degel. Rando Tuvikene. Källa: Wikipedia Commons.

Vattenhaltiga kromoxidlösningar upplever en jämvikt hos vissa kemiska arter vars koncentration beror på lösningens pH. Vid basiskt pH kromatfilmen joner CrO ₄ ^2- dominerande medan vid surt pH jonerna HCrO, ₄ ^- och dikromat Cr ₂ O ₇ ^2- dominerar . Det uppskattas att H vid surt pH kromsyra ₂ CrO ₄ är också närvarande .

På grund av deras stora oxiderande kraft används kromsyralösningar i organisk kemi för att utföra oxidationsreaktioner. De används också i elektrokemiska processer för att behandla metaller så att de får motstånd mot korrosion och slitage.

Vissa polymermaterial behandlas också med kromsyra för att förbättra deras vidhäftning till metaller, färger och andra ämnen.

Kromsyralösningar är mycket farliga för människor, de flesta djur och miljön. Av detta skäl behandlas flytande eller fast avfall från processer där kromsyra används för att avlägsna spår av krom (VI) eller för att utvinna allt närvarande krom och regenerera kromsyran för återanvändning.

Strukturera

Molekylen av kromsyra H ₂ CrO ₄ är bildad av en kromatjon CrO ₄ ^2- och två vätejoner H ⁺ fäst vid den. I kromatjonen är elementet Krom i ett oxidationstillstånd på +6.

Den rumsliga strukturen för kromatjonen är tetraedrisk, där krom är i mitten och syre upptar de fyra vertikorna i tetrahedronen.

I kromsyra är väteatomerna vardera tillsammans med ett syre. Av de fyra bindningarna av krom med syreatomerna är två dubbla och två är enkla, eftersom dessa har vätgaserna fästa vid dem.

Struktur av kromsyra H ₂ CrO ₄ där det tetraedriska form av kromat och dess dubbelbindningar iakttas. NEUROtiker. Källa: Wikipedia Commons.

Å andra sidan har kromoxid CrO ₃ en kromatom i +6- oxidationstillståndet omgivet av endast tre syreatomer.

Nomenklatur

- Kromsyra H ₂ CrO ₄

- Tetraoxochromic acid H ₂ CrO ₄

- Kromoxid (vattenfri kromsyra) CrO ₃

- Kromtrioxid (vattenfri kromsyra) CrO ₃

Egenskaper

Fysiskt tillstånd

Vattenfri kromsyra eller kromoxid är ett lila till rött kristallint fast ämne

Molekylvikt

CrO ₃ : 118,01 g / mol

Smältpunkt

CrO ₃ : 196 ºC

Över dess smältpunkt är det termiskt instabila, den förlorar syre (reduceras) för att ge krom (III) oxid Cr ₂ O ₃ . Den sönderdelas vid ungefär 250 ° C.

Densitet

CrOs ₃ : 1,67-2,82 g / cm ³

löslighet

CrO ₃ är mycket löslig i vatten: 169 g / 100 g vatten vid 25 ºC.

Det är lösligt i mineralsyror som svavelsyra och salpetersyra. Lösligt i alkohol.

Andra egenskaper

CrO ₃ är mycket hygroskopisk, dess kristaller är deliquescent.

När CrO ₃ upplöses i vatten bildar den starkt sura lösningar.

Det är en mycket kraftfull oxidant. Oxiderar kraftigt organiskt material i nästan alla dess former. Anfaller tyg, läder och en del plast. Angriper också de flesta metaller.

Det är starkt giftigt och mycket irriterande på grund av dess höga oxidationspotential.

Kemi av vattenlösningar där kromsyra finns

Kromoxid CrO ₃ upplöses snabbt i vatten. I vattenlösning kan krom (VI) existera under olika jonformer.

Vid pH> 6,5 eller i alkalisk lösning erhåller krom (VI) kromatjonformen CrO ₄ ^{2 -} gul i färg.

Om pH sänkes (1 <pH <6,5), krom (VI) bildar huvudsakligen HCrO ₄ ^- jon , som kan dimerisera till dikromat jon Cr ₂ O ₇ ^2- , och lösningen blir orange. Vid pH mellan 2,5 och 5,5 de dominerande arterna är HCrO ₄ ^- och Cr ₂ O ₇ ^2- .

Strukturen av dikromat jon Cr ₂ O ₇ ^2- som påträffas tillsammans med två natrium Na ⁺ -joner . Capaccio. Källa: Wikipedia Commons.

Balanserna som uppstår i dessa lösningar när pH sjunker är följande:

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

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

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

Dessa balanser förekommer endast om syran tillsatt för att sänka pH är HNO ₃ eller HCIO ₄ , eftersom det med andra syror olika föreningar bildas.

Syra dikromatlösningar är mycket starka oxidationsmedel. Men i alkaliska lösningar är kromatjonen mycket mindre oxiderande.

Erhållande

Enligt de källor som konsulterats består ett av sätten att erhålla kromoxid CrO ₃ av att tillsätta svavelsyra till en vattenlösning av natrium- eller kaliumdikromat, bilda en röd-orange fällning.

Kromoxidhydrat eller kromsyra. Himstakan. Källa: Wikipedia Commons.

Kromsyra H ₂ CrO ₄ finns i vattenhaltiga lösningar av kromoxid i ett surt medium.

Kromsyra använder

Vid oxidation av kemiska föreningar

På grund av dess starkt oxiderande förmåga har kromsyra länge använts för att oxidera organiska och oorganiska föreningar.

Bland otaliga exempel är följande: det tillåter oxidering av primära alkoholer till aldehyder och dessa till karboxylsyror, sekundära alkoholer till ketoner, toluen till bensoesyra, etylbensen till acetofenon, trifenylmetan till trifenylkarbinol, myrsyra till CO ₂ , oxalsyra till CO ₂ , mjölksyra till acetaldehyd och CO ₂ , järn jon Fe ²⁺ till järn jon Fe ³⁺ , jodid jon till jod, etc.

Det möjliggör omvandling av nitroso-föreningar till nitro-föreningar, sulfider till sulfoner. Det är involverat i syntesen av ketoner med utgångspunkt från alkener, eftersom det oxiderar hydroborerade alkener till ketoner.

Föreningar höggradigt resistenta mot de vanliga oxidationsmedel, såsom syre O ₂ eller väteperoxid H ₂ O ₂ , oxideras av kromsyra. Detta är fallet för vissa heterocykliska boraner.

I metallanodiseringsprocesser

Kromsyraanodisering är en elektrokemisk behandling som appliceras på aluminium för att skydda den under många år från oxidation, korrosion och slitage.

Anodiseringsprocessen involverar den elektrokemiska bildningen av ett skikt av aluminiumoxid eller aluminiumoxid på metallen. Detta skikt förseglas sedan i varmt vatten, med vilket omvandlingen till aluminiumoxidtrihydrat uppnås.

Det förseglade oxidskiktet är tjockt, men strukturellt svagt och inte särskilt tillfredsställande för efterföljande limbindning. Men att lägga till en liten mängd kromsyra till tätningsvattnet utvecklar en yta som kan bilda goda bindningar.

Kromsyran i tätningsvattnet löser upp en del av den grova cellliknande strukturen och lämnar ett tunt, starkt, ordentligt fästat skikt av aluminiumoxid, vid vilket limen fästs och bildar starka och hållbara bindningar.

Kromsyraanodisering gäller också titan och dess legeringar.

Vid kemiska omvandlingsbehandlingar

Kromsyra används i metallbeläggningsprocesser genom kemisk omvandling.

Under denna process nedsänks metaller i lösningar av kromsyra. Detta reagerar och löser delvis ytan medan det avsätter ett tunt lager av komplexa kromföreningar som interagerar med basmetallen.

Denna process kallas kromkonverteringsbeläggning eller kromplätering för omvandling.

Metallerna som vanligtvis utsätts för kromplätering är olika typer av stål, såsom kolstål, rostfritt stål och zinkbelagd stål, och olika icke-järnmetaller, såsom magnesiumlegeringar, tennlegeringar, aluminiumlegeringar, koppar. , kadmium, mangan och silver.

Denna behandling ger motstånd mot korrosion och glans mot metallen. Ju högre pH-värdet i processen är, desto större är korrosionsbeständigheten. Temperaturen påskyndar syrreaktionen.

Beläggningar i olika färger kan appliceras, såsom blå, svart, guld, gul och klar. Det ger också bättre vidhäftning av metallytan till färger och lim.

På eroderade eller grova ytor

Kromsyralösningar används vid beredningen av ytan av föremål gjorda av termoplastmaterial, termohärdade polymerer och elastomerer för efterföljande beläggning med färger eller lim.

H ₂ CrO ₄ påverkar ytan och dess struktur kemi, eftersom det hjälper till att öka dess råhet. Kombinationen av pitting och oxidation ökar penetrationen av limen och kan till och med orsaka förändringar i polymerens egenskaper.

Det har använts för att erodera grenad lågdensitetspolyeten, linjär högdensitetspolyeten och polypropen.

Det används ofta inom elektropläterings- eller elektropläteringsindustrin för att underlätta vidhäftning av metall-polymer.

I olika användningsområden

Kromsyra används som träkonserveringsmedel, även i magnetiska material och för katalysering av kemiska reaktioner.

Kromsyraåtervinning

Det finns många processer som använder kromsyra och alstrar strömmar eller rester som innehåller krom (III) som inte kan bortskaffas eftersom de har kromjoner (VI) som är mycket giftiga och inte heller kan återanvändas eftersom koncentrationen av kromjoner är mycket låg.

Deras bortskaffande kräver kemisk reduktion av kromater till krom (III) följt av utfällning av hydroxiden och filtrering, vilket genererar ytterligare kostnader.

Av denna anledning har olika metoder för att ta bort och utvinna kromater studerats. Här är några av dessa.

Genom att använda hartser

Jonbytarhartser har använts under många år för behandling av vatten förorenat med kromater. Detta är en av de behandlingar som godkänts av US Environmental Protection Agency, eller EPA (Environmental Protection Agency).

Denna metod tillåter återvinning av koncentrerad kromsyra när den regenereras igen från hartset.

Hartserna kan vara starka eller svaga baserade. I starkt basiska hartser kromatfilmen kan avlägsnas eftersom jonerna HCrO ₄ ^- och Cr ₂ O ₇ ^2- utbyts med jonerna OH ^- och Cl ^- . I svagt basiska hartser, till exempel sulfat, byts jonerna ut med SO ₄ ^{2 -} .

När det gäller de starkt baserade R- (OH) -hartserna är de totala reaktionerna följande:

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

För varje mol av R ₂ CrO ₄ omvandlas, en mol av Cr (VI) avlägsnas från lösningen, vilket gör denna metod mycket attraktiv.

Efter avlägsnande av kromaterna behandlas hartset med en starkt alkalisk lösning för att regenerera dem på ett säkert ställe. Kromaterna omvandlas sedan till koncentrerad kromsyra för att återanvändas.

Genom elektrokemisk regenerering

En annan metod är den elektrokemiska regenereringen av kromsyra, vilket också är ett mycket bekvämt alternativ. Krom (III) oxideras anodiskt till krom (VI) genom denna procedur. Anodmaterialet är i dessa fall företrädesvis blydioxid.

Användning av mikroorganismer för att rengöra avloppsvatten med spår av kromsyra

En metod som har undersökts och fortfarande studeras är användningen av mikroorganismer som är naturligt närvarande i vissa avloppsvatten förorenade med hexavalenta kromjoner, vilka är de som finns i kromsyralösningar.

Miljöskador. Författare: OpenClipart-Vectors. Källa: Pixabay.

Sådant är fallet med vissa bakterier som finns i avloppsvatten från läder. Dessa mikrober har studerats och det har fastställts att de är resistenta mot kromater och också kan reducera krom (VI) till krom (III), vilket är mycket mindre skadligt för miljön och levande varelser.

Av denna anledning uppskattas de att de kan användas som en miljövänlig metod för sanering och avgiftning av avloppsvatten förorenade med spår av kromsyra.

Faror med kromsyra och kromoxid

CrO ₃ är inte brännbart men det kan intensifiera förbränningen av andra ämnen. Många av deras reaktioner kan orsaka brand eller explosion.

CrO ₃ och kromsyralösningar är potentirriterande på huden (kan orsaka dermatit), ögon (kan bränna) och slemhinnor (kan orsaka bronkosasma) och kan orsaka så kallade "kromhål" i andningsorganen. .

Krom (VI) -föreningar såsom kromsyra och kromoxid är allvarligt giftiga, mutagena och cancerframkallande för de flesta levande saker.

referenser

1. Cotton, F. Albert och Wilkinson, Geoffrey. (1980). Avancerad oorganisk kemi. Fjärde upplagan. John Wiley & Sons.
2. US National Library of Medicine. (2019). Kromsyra. Återställd från: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. Wegman, RF och Van Twisk, J. (2013). Aluminium och aluminiumlegeringar. 2,5. Kromsyraanodiserad process. I ytförberedande tekniker för självhäftande limning (andra upplagan). Återställs från sciencedirect.com.
4. Wegman, RF och Van Twisk, J. (2013). Magnesium. 6,4. Beredning av magnesium- och magnesiumlegeringar genom kromsyrabehandlingsprocesser. I ytförberedande tekniker för självhäftande limning (andra upplagan). Återställs från sciencedirect.com.
5. Grot, W. (2011). Program. 5.1.8. Förnyelse av kromsyra. In Fluorinated Ionomers (Second Edition). Återställs från sciencedirect.com.
6. Swift, KG och Booker, JD (2013). Ytstekniska processer. 9,7. Kromatering. I handbok för val av tillverkningsprocess. Återställs från sciencedirect.com.
7. Poulsson, AHC et al. (2019). Ytmodifieringstekniker av PEEK, inklusive plasmasytbehandling. 11.3.2.1. Ytaetsning. I PEEK Biomaterials Handbook (andra upplagan). Återställs från sciencedirect.com.
8. Westheimer, FH (1949). Mekanismerna för kromsyraoxidationer. Chemical Reviews 1949, 45, 3, 419-451. Återställs från pubs.acs.org.
9. Tan, HKS (1999). Chromic Acid Removal by Anion Exchange. Canadian Journal of Chemical Engineering, bind 77, februari 1999. Hämtad från onlinelibrary.wiley.com.
10. Kabir, MM et al. (2018). Isolering och karakterisering av krom (VI) -reducerande bakterier från garveriutlopp och fast avfall. World Journal of Microbiology and Biotechnology (2018) 34: 126. Återställs från ncbi.nlm.nih.gov.