KROMSYRE: STRUKTUR, EGENSKAPER, PRODUKSJON, BRUK - KJEMI - 2026

Den kromsyre eller H- ₂ CrO ₄ er teoretisk syren assosiert med kromoksyd (VI) eller kromoksyd CrC ₃ . Dette navnet er på grunn av det faktum at i sure vandige oppløsninger av kromoksyd arten H ₂ CrO ₄ er til stede sammen med andre arter av krom (VI).

Kromoksyd CrO ₃ kalles også vannfri kromsyre. CrO ₃ er et rødbrunt eller lilla fast stoff som er oppnådd ved å behandle oppløsninger av kaliumdikromat K ₂ Cr ₂ O ₇ med svovelsyre H ₂ SO ₄ .

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

Vandige kromoksydløsninger opplever en likevekt av visse kjemiske arter hvis konsentrasjon avhenger av pH i løsningen. Ved basisk pH, kromat-ioner CrO ₄ ^2- dominerende , mens ved sur pH ionene HCrO ₄ ^- og dikromat Cr ₂ O ₇ ^2- dominerer . Det er anslått at ved sur pH kromsyre H ₂ CrO ₄ er også til stede .

På grunn av deres store oksiderende kraft, brukes kromsyreløsninger i organisk kjemi for å utføre oksidasjonsreaksjoner. De brukes også i elektrokjemiske prosesser for å behandle metaller slik at de får motstand mot korrosjon og slitasje.

Enkelte polymere materialer blir også behandlet med kromsyre for å forbedre deres vedheft til metaller, maling og andre stoffer.

Kromsyreløsninger er svært farlige for mennesker, de fleste dyr og miljøet. Av denne grunn blir flytende eller fast avfall fra prosesser der kromsyre blir brukt behandlet for å fjerne spor av krom (VI) eller for å gjenvinne alt tilstedeværende krom og regenerere kromsyren for gjenbruk.

Struktur

Molekylet av kromsyre H- ₂ CrO, ₄ er dannet av et kromat-ion CRO ₄ ^2- og to hydrogenioner H ⁺ festet til seg. I kromationen er elementet krom i en oksidasjonstilstand på +6.

Den romlige strukturen til kromationet er tetraedrisk, der krom er i sentrum og oksygen opptar de fire hjørnene til tetrahedronen.

I kromsyre er hydrogenatomene sammen med en oksygen. Av de fire bindinger av krom med oksygenatomene er to doble og to enkle, siden disse har hydrogelene festet til seg.

Strukturen av kromsyre H- ₂ CrO ₄ , hvor den tetraedrisk form av kromat og dets dobbeltbindinger er observert. NEUROtiker. Kilde: Wikipedia Commons.

På den annen side har kromoksyd CrO ₃ et kromatom i +6 oksidasjonstilstand omgitt av bare tre oksygenatomer.

nomenklatur

- Kromsyre H ₂ CrO ₄

- Tetraoxochromic acid H ₂ CrO ₄

- Kromoksyd (vannfri kromsyre) CrO ₃

- Kromtrioksid (vannfri kromsyre) CrO ₃

Egenskaper

Fysisk tilstand

Vannfri kromsyre eller kromoksid er et lilla til rødt krystallinsk fast stoff

Molekylær vekt

CrO ₃ : 118,01 g / mol

Smeltepunkt

CrO ₃ : 196 ºC

Over smeltepunktet, er det termisk ustabil, det taper oksygen (reduseres) for å gi krom (III) oksyd Cr ₂ O ₃ . Den brytes ned ved omtrent 250 ° C.

tetthet

CrO ₃ : 1,67 til 2,82 g / cm ³

løselighet

CrO ₃ er veldig løselig i vann: 169 g / 100 g vann ved 25 ºC.

Det er løselig i mineralsyrer som svovelsyre og salpetersyre. Løselig i alkohol.

Andre egenskaper

CrO ₃ er veldig hygroskopisk, krystallene er deliquescent.

Når CrO ₃ løses opp i vann, danner det sterkt sure oppløsninger.

Det er en veldig kraftig oksidant. Oksiderer kraftig organisk materiale i nesten alle former. Angriper stoff, lær og noe plast. Angriper også de fleste metaller.

Det er sterkt giftig og veldig irriterende på grunn av dets høye oksidasjonspotensiale.

Kjemi av vandige oppløsninger der kromsyre er til stede

Kromoksyd CrO ₃ løses raskt opp i vann. I vandig løsning kan krom (VI) eksistere under forskjellige ioniske former.

Ved pH> 6,5 eller i alkalisk oppløsning, får krom (VI) kromationformen CrO ₄ ^{2 -} gul i fargen.

Hvis pH senkes (1 <pH <6,5), danner krom (VI) hovedsakelig HCrO ₄ ^- ion , som kan dimerisere til dikromationet Cr ₂ O ₇ ^2- , og løsningen blir oransje. Ved pH mellom 2,5 og 5,5 er den fremherskende sort HCrO ₄ ^- og Cr ₂ O ₇ ^2- .

Struktur av dikromationet Cr ₂ O ₇ ^2- som finnes sammen med to natrium Na ⁺ -ioner . Capaccio. Kilde: Wikipedia Commons.

Balansene som oppstår i disse løsningene når pH synker er følgende:

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

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

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

Disse balansene oppstår bare hvis syren som tilsettes for å senke pH er HNO ₃ eller HClO ₄ , fordi det med andre syrer dannes forskjellige forbindelser.

Sure dikromatløsninger er meget sterke oksidasjonsmidler. Men i alkaliske oppløsninger er kromatjonen mye mindre oksiderende.

Å skaffe

I følge kildene som er konsultert, består en av måtene å oppnå kromoksyd CrO ₃ av å tilsette svovelsyre til en vandig oppløsning av natrium- eller kaliumdikromat, og danne et rødoransje bunnfall.

Kromoksydhydrat eller kromsyre. Himstakan. Kilde: Wikipedia Commons.

Kromsyre H ₂ CrO ₄ er funnet i vandige oppløsninger av kromoksyd i et surt medium.

Kromsyre bruker

I oksidasjon av kjemiske forbindelser

På grunn av sin sterkt oksiderende evne, har kromsyre lenge vært vellykket brukt til å oksidere organiske og uorganiske forbindelser.

Blant utallige eksempler er følgende: det tillater oksidering av primære alkoholer til aldehyder og disse til karboksylsyrer, sekundære alkoholer til ketoner, toluen til benzosyre, etylbenzen til acetofenon, trifenylmetan til trifenylkarbinol, maursyre til CO ₂ , oksalsyre til CO ₂ , melkesyre til acetaldehyd og CO ₂ , jernholdig ion Fe ²⁺ til jernion Fe ³⁺ , jodid til jod, etc.

Det tillater omdanning av nitroso-forbindelser til nitroforbindelser, sulfider til sulfoner. Det er involvert i syntesen av ketoner fra alkene, da det oksiderer hydroborerte alkener til ketoner.

Forbindelser som er motstandsdyktige mot de vanlige oxydasjonsmidler, såsom oksygen O ₂ eller hydrogenperoksyd H ₂ O ₂ , oksideres ved kromsyre. Dette er tilfelle for visse heterocykliske boraner.

I metallanodiseringsprosesser

Kromsyreanodisering er en elektrokjemisk behandling påført aluminium for å beskytte den i mange år mot oksidasjon, korrosjon og slitasje.

Anodiseringsprosessen innebærer elektrokjemisk dannelse av et lag aluminiumoksyd eller aluminiumoksyd på metallet. Dette laget forsegles deretter i varmt vann, hvorved omdannelsen til aluminiumoksydtrihydrat oppnås.

Det forseglede oksydlaget er tykt, men strukturelt svakt og ikke veldig tilfredsstillende for etterfølgende liming. Å tilsette en liten mengde kromsyre til tetningsvannet utvikler imidlertid en overflate som kan danne gode bindinger.

Kromsyren i tetningsvannet løser opp noe av den grove cellelignende strukturen og etterlater et tynt, sterkt, fast festet lag aluminiumoksyd som limene fester seg til og danner sterke og holdbare bindinger.

Kromsyreanodisering gjelder også titan og dens legeringer.

I kjemiske konverteringsbehandlinger

Kromsyre brukes i metallbeleggingsprosesser ved kjemisk omdannelse.

Under denne prosessen blir metaller nedsenket i løsninger av kromsyre. Dette reagerer og løser overflaten delvis mens det avsettes et tynt lag med komplekse kromforbindelser som samvirker med basismetallet.

Denne prosessen kalles kromkonverteringsbelegg eller konverteringskrombelegging.

Metallene som vanligvis blir utsatt for forkromming av forkromning, er forskjellige typer stål, så som karbonstål, rustfritt stål og sinkbelagt stål, og forskjellige ikke-jernholdige metaller, så som magnesiumlegeringer, tinnlegeringer, aluminiumslegeringer, kobber. , kadmium, mangan og sølv.

Denne behandlingen gir motstand mot korrosjon og glans for metallet. Jo høyere pH i prosessen, desto større motstand mot korrosjon. Temperatur akselererer surreaksjonen.

Belegg i forskjellige farger kan brukes, for eksempel blått, svart, gull, gult og klart. Det gir også bedre vedheft av metalloverflaten til maling og lim.

I eroderte eller grovflater

Kromsyreløsninger brukes til fremstilling av overflaten til gjenstander laget av termoplastisk materiale, termohærdede polymerer og elastomerer for etterfølgende belegging med maling eller lim.

H ₂ CrO _{4 har} en innvirkning på overflaten og dens struktur, fordi det bidrar til å øke dens ruhet. Kombinasjonen av pitting og oksidasjon øker penetrasjonen av limene og kan til og med forårsake endringer i polymerens egenskaper.

Det har blitt brukt til å erodere forgrenet polyetylen med lav tetthet, lineær polyetylen med høy tetthet og polypropylen.

Det er mye brukt i elektroplettering eller elektropletteringsindustrien for å lette metall-polymerheft.

I forskjellige bruksområder

Kromsyre brukes som trebeskyttelsesmiddel, også i magnetiske materialer og for katalyse av kjemiske reaksjoner.

Kromsyreutvinning

Det er mange prosesser som bruker kromsyre og genererer strømmer eller rester som inneholder krom (III) som ikke kan kastes fordi de har kromioner (VI) som er veldig giftige, og de kan heller ikke brukes på nytt fordi konsentrasjonen av kromioner er veldig lav.

Avhending av dem krever kjemisk reduksjon av kromater til krom (III), etterfulgt av utfelling av hydroksyd og filtrering, noe som gir ekstra kostnader.

Av denne grunn har forskjellige metoder for å fjerne og utvinne kromater blitt studert. Her er noen av disse.

Ved å bruke harpiks

Ionbytterharpiks har vært brukt i mange år for behandling av vann forurenset med kromater. Dette er en av behandlingene som er godkjent av US Environmental Protection Agency, eller EPA (Environmental Protection Agency).

Denne metoden tillater utvinning av konsentrert kromsyre når den regenereres igjen fra harpiksen.

Harpiksene kan være sterke eller svake basert. I sterkt basiske harpikser det kromatreduserende kan fjernes ettersom ionene HCrO ₄ ^- og Cr ₂ O ₇ ^2- blir utvekslet med ioner OH ^- og Cl ^- . I svakt basiske harpikser, for eksempel sulfat, byttes ionene med SO ₄ ^{2 -} .

Når det gjelder de sterkt basiske R- (OH) -harpikser, er de samlede reaksjonene som følger:

2ROH + HCrO ₄ ^- + H ⁺ ⇔ R ₂ CrO ₄ + 2 H 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 hvert mol R ₂ CrO ₄ konvertert, ett mol av Cr (VI) blir fjernet fra oppløsningen, noe som gjør denne fremgangsmåten meget attraktiv.

Etter å ha fjernet kromatene, behandles harpiksen med en sterkt alkalisk løsning for å regenerere dem på et trygt sted. Kromatene blir deretter omdannet til konsentrert kromsyre for å gjenbrukes.

Gjennom elektrokjemisk regenerering

En annen metode er elektrokjemisk regenerering av kromsyre, som også er et veldig praktisk alternativ. Krom (III) oksyderes anodisk til krom (VI) ved denne prosedyre. Anodematerialet er i disse tilfeller fortrinnsvis blydioksyd.

Bruk av mikroorganismer for å rengjøre avløp med spor av kromsyre

En metode som er undersøkt og fremdeles er under utredning er bruk av mikroorganismer som er naturlig til stede i visse avløp forurenset med sekskantede kromioner, som er de som inneholder kromsyreløsninger.

Effluents som er skadelige for miljøet. Forfatter: OpenClipart-Vectors. Kilde: Pixabay.

Slik er tilfellet med visse bakterier som er til stede i avløpsvann fra skinn. Disse mikroberne har blitt studert, og det ble bestemt at de er motstandsdyktige mot kromater og også er i stand til å redusere krom (VI) til krom (III), som er mye mindre skadelig for miljøet og levende vesener.

Av denne grunn anslås det at de kan brukes som en miljøvennlig metode for utbedring og avgiftning av avløp forurenset med spor av kromsyre.

Kromsyre og kromoksydfarer

CrO ₃ er ikke brennbar, men det kan intensivere forbrenningen av andre stoffer. Mange av reaksjonene deres kan forårsake brann eller eksplosjon.

CrO ₃ og kromsyreløsninger er sterke irritasjonsmidler på huden (kan forårsake dermatitt), øyne (kan brenne) og slimhinner (kan forårsake bronkoasma) og kan forårsake såkalte "kromhull" i luftveiene. .

Krom (VI) forbindelser som kromsyre og kromoksyd er alvorlig giftige, mutagene og kreftfremkallende for de fleste levende ting.

referanser

1. Cotton, F. Albert og Wilkinson, Geoffrey. (1980). Avansert uorganisk kjemi. Fjerde utgave. John Wiley & Sons.
2. US National Library of Medicine. (2019). Kromsyre. Gjenopprettet fra: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. Wegman, RF og Van Twisk, J. (2013). Aluminium og legeringer. 2.5. Kromsyreanodiseringsprosess. I overflatebehandlingsteknikker for liming (andre utgave). Gjenopprettet fra sciencedirect.com.
4. Wegman, RF og Van Twisk, J. (2013). Magnesium. 6.4. Fremstilling av magnesium og magnesiumlegeringer ved hjelp av kromsyrebehandlingsprosessene. I overflatebehandlingsteknikker for liming (andre utgave). Gjenopprettet fra sciencedirect.com.
5. Grot, W. (2011). Applikasjoner. 5.1.8. Fornyelse av kromsyre. In Fluorinated Ionomers (Second Edition). Gjenopprettet fra sciencedirect.com.
6. Swift, KG og Booker, JD (2013). Overflate-ingeniørprosesser. 9.7. Kromatering. I håndbok for valg av produksjonsprosess. Gjenopprettet fra sciencedirect.com.
7. Poulsson, AHC et al. (2019). Overflatemodifiseringsteknikker av PEEK, inkludert plasmaoverflatebehandling. 11.3.2.1. Overflateetsing. I PEEK Biomaterials Handbook (Second Edition). Gjenopprettet fra sciencedirect.com.
8. Westheimer, FH (1949). Mekanismene for kromsyreoksidasjoner. Chemical Reviews 1949, 45, 3, 419-451. Gjenopprettet fra pubs.acs.org.
9. Tan, HKS (1999). Fjerning av kromsyre av Anion Exchange. The Canadian Journal of Chemical Engineering, bind 77, februar 1999. Hentet fra onlinelibrary.wiley.com.
10. Kabir, MM et al. (2018). Isolering og karakterisering av krom (VI) -reduserende bakterier fra garveriutløp og fast avfall. World Journal of Microbiology and Biotechnology (2018) 34: 126. Gjenopprettet fra ncbi.nlm.nih.gov.