KROMIHAPPO: RAKENNE, OMINAISUUDET, TUOTANTO, KÄYTTÖ - KEMIA - 2026

Kromihappoa tai H ₂ CrO ₄ on teoreettisesti liittyvän hapon kromi (VI) oksidin tai kromioksidi CrO ₃. Tämä nimi johtuu siitä, että happamissa vesiliuoksissa kromioksidista lajien H ₂ CrO ₄ on läsnä yhdessä muiden lajien kromi (VI).

Kromioksidi CrO ₃ kutsutaan myös vedetöntä kromihappoa. CrO ₃ on punaruskea tai violetti kiinteä aine, joka saadaan käsittelemällä liuoksia kaliumdikromaattia K ₂ Kr ₂ O ₇ rikkihapolla H ₂ SO ₄.

Kromioksidi-CrO _3- kiteet upokkaassa. Rando Tuvikene. Lähde: Wikipedia Commons.

Vesipitoisilla kromioksidiliuoksilla on tasapaino tietyistä kemiallisista lajeista, joiden pitoisuus riippuu liuoksen pH: sta. Emäksisessä pH: ssa kromaatti-ionien CrO ₄ ^2- vallitseva, kun taas happamassa pH: ssa ionien HCrO ₄ ^- ja dikromaattiliuosta Kr ₂ O ₇ ^2- vallitseva. On arvioitu, että happamassa pH: ssa kromihapon H ₂ CrO ₄ on myös läsnä.

Kromihappoliuoksia käytetään suuren hapettumisvoimansa vuoksi orgaanisessa kemiassa hapetusreaktioiden toteuttamiseksi. Niitä käytetään myös sähkökemiallisissa prosesseissa metallien käsittelemiseksi siten, että ne saavuttavat korroosio- ja kulumiskestävyyden.

Tietyt polymeerimateriaalit käsitellään myös kromihapolla parantamaan niiden tarttumista metalleihin, maaleihin ja muihin aineisiin.

Kromihappoliuokset ovat erittäin vaarallisia ihmisille, useimmille eläimille ja ympäristölle. Tästä syystä prosessien nestemäisiä tai kiinteitä jätteitä, joissa käytetään kromihappoa, käsitellään kromijäämien poistamiseksi (VI) tai kaiken läsnä olevan kromin talteenottamiseksi ja kromihapon regeneroimiseksi uudelleenkäyttöön.

Rakenne

Molekyyli kromihapon H ₂ CrO ₄ on muodostettu kromaatti-ioni CrO ₄ ² ja kaksi vetyatomia ionit H ⁺ liitetty siihen. Kromaatti-ionissa elementti kromi on hapetustilassa +6.

Kromaatti-ionin spatiaalinen rakenne on tetraedrinen, jossa kromi on keskellä ja happi mieluummin tetraedron neljä huippua.

Kromihapossa vetyatomit ovat kukin yhdessä hapen kanssa. Kromin neljästä sidoksesta happiatomien kanssa kaksi on kaksinkertainen ja kaksi ovat yksinkertaisia, koska näihin on kiinnittynyt vety.

Rakenne kromihapon H ₂ CrO ₄, jossa tetraedrisen muodossa kromaattia ja sen kaksoissidosten havaitaan. NEUROtiker. Lähde: Wikipedia Commons.

Toisaalta, kromioksidi CrO ₃ on kromi atomin +6 hapetustilassa ympäröi vain kolme happiatomia.

nimistö

- Kromihappo H ₂ CrO ₄

- Tetraoksokromihappo H ₂ CrO ₄

- kromioksidi (vedetön kromihappo) CrO ₃

- kromitrioksidi (vedetön kromihappo) CrO ₃

ominaisuudet

Fyysinen tila

Vedetön kromihappo tai kromioksidi on violetti-punainen kiteinen kiinteä aine

Molekyylipaino

CrO ₃: 118,01 g / mol

Sulamispiste

CrO ₃: 196 ºC

Sen sulamispisteen yläpuolella, se on termisesti epästabiili, se menettää happea (pelkistetään), jolloin saatiin kromi (III) oksidi Kr ₂ O ₃. Se hajoaa noin 250 ° C: ssa.

Tiheys

CrO ₃: 1,67-2,82 g / cm ³

Liukoisuus

CrO ₃ on erittäin liukoinen veteen: 169 g / 100 g vettä 25 ° C: ssa.

Se liukenee mineraalihappoihin, kuten rikki- ja typpihappoon. Liukenee alkoholiin.

Muut ominaisuudet

CrO ₃ on erittäin hygroskooppinen, sen kiteet ovat heikentyviä.

Kun CrO ₃ liukenee veteen, se muodostaa vahvasti happamien liuosten.

Se on erittäin voimakas hapetin. Hapettaa voimakkaasti orgaanista ainetta melkein kaikissa muodoissaan. Syövyttää kangasta, nahkaa ja joitain muoveja. Hyökkää myös useimpia metalleja.

Se on voimakkaasti myrkyllinen ja erittäin ärsyttävä korkean hapettumispotentiaalinsa vuoksi.

Vesipitoisten liuosten kemia, jossa on kromihappoa

Kromioksidi CrO ₃ liukenee nopeasti veteen. Vesiliuoksessa kromi (VI) voi esiintyä erilaisissa ionimuodoissa.

Jos pH on> 6,5 tai alkalisessa liuoksessa, kromi (VI) saa kromaatti-ionimuodon CrO ₄ ^{2 -} keltainen.

Jos pH lasketaan (1 <pH <6,5), kromi (VI) muodostaa pääosin HCrO ₄ ^- ioni, joka voi dimerisoituvat kuin dikromaatti-ionin Kr ₂ O ₇ ^2-, ja liuos muuttuu oranssiksi. PH: ssa välillä 2,5 ja 5,5 hallitseva lajit ovat HCrO ₄ ^- ja Kr ₂ O ₇ ^2-.

Rakenne dikromaatti-ionin Kr ₂ O ₇ ^2- joka on todettu yhdessä kahden natrium Na ⁺ ionien. Capaccio. Lähde: Wikipedia Commons.

Näissä liuoksissa pH: n laskiessa tapahtuvat tasapainot ovat seuraavat:

CrO ₄ ^2- (kromaatti-ioni) + H ⁺ ⇔ HCrO ₄ ^-

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

2HCrO ₄ ^- ⇔ Kr ₂ O ₇ ^2- (dikromaattiliuosta ioni) + H ₂ O

Nämä talletukset tapahtua ainoastaan, jos happo lisätään pH: n alentamiseksi on HNO ₃ tai HClO ₄, koska muilla hapoilla erilaisia yhdisteitä muodostuu.

Happamat dikromaattiliuokset ovat erittäin voimakkaita hapettavia aineita. Mutta emäksisissä liuoksissa kromaatti-ioni hapettuu paljon vähemmän.

Saada

Mukaan lähteistä kuultava, yksi tapa saada kromioksidi CrO ₃ koostuu lisäämällä rikkihappoa vesipitoiseen natrium- tai kaliumdikromaatti, muodostaen puna-oranssi sakka.

Kromioksidihydraatti tai kromihappo. Himstakan. Lähde: Wikipedia Commons.

Kromihappoa H ₂ CrO ₄ havaitaan vesiliuoksissa kromioksidista happamassa väliaineessa.

Kromihapon käyttö

Kemiallisten yhdisteiden hapettumisessa

Voimakkaasti hapettavan kykynsä vuoksi kromihappoa on jo pitkään käytetty menestyksekkäästi hapettamaan orgaanisia ja epäorgaanisia yhdisteitä.

Lukemattomien esimerkkien joukossa ovat seuraavat: se antaa hapettaa primaariset alkoholit aldehydeiksi ja nämä karboksyylihapoiksi, sekundaariset alkoholit ketoneiksi, tolueeni bentsoehapoksi, etyylibentseeni asetofenoniksi, trifenyylimetaani trifenyylikarbinooliksi, muurahaishappo CO _{2: ksi}, oksaalihappo CO _{2: ksi}, maitohappo asetaldehydiksi ja CO ₂, rauta-ioni Fe ²⁺ ferri-iooniksi Fe ³⁺, jodidi-ioni jodiksi jne.

Se mahdollistaa nitrosoyhdisteiden muuntamisen nitroyhdisteiksi, sulfideiksi sulfoneiksi. Se osallistuu ketoneiden synteesiin alkaaneista alkeeneista, koska se hapettaa hydratut alkeenit ketoneiksi.

Yhdisteet kestävät hyvin tavallista hapettimien, kuten hapen O ₂ tai vetyperoksidia H ₂ O ₂, hapetetaan kromihappoa. Tämä koskee tiettyjä heterosyklisiä boraaneja.

Metallin anodisointiprosesseissa

Kromihapon anodisointi on sähkökemiallinen käsittely alumiinille suojaamaan sitä monien vuosien ajan hapettumiselta, korroosiolta ja kulumiselta.

Anodisointiprosessi käsittää alumiinioksidi- tai alumiinioksidikerroksen sähkökemiallisen muodostumisen metallille. Tämä kerros suljetaan sitten kuumassa vedessä, jolla saavutetaan muutos alumiinioksiditrihydraatiksi.

Suljettu oksidikerros on paksu, mutta rakenteellisesti heikko eikä ole kovin tyydyttävä seuraavaa liimautumista varten. Pienen määrän kromihapon lisääminen tiivistysveteen kuitenkin kehittää pinnan, joka voi muodostaa hyvät sidokset.

Tiivistysvedessä oleva kromihappo liuottaa osan karkeasta kennomaisesta rakenteesta ja jättää ohuen, vahvan, tiukasti kiinnittyneen kerroksen alumiinioksidia, johon liimat tarttuvat ja muodostavat vahvat ja kestävät sidokset.

Kromihapon anodisointi koskee myös titaania ja sen seoksia.

Kemiallisissa muuntamismenetelmissä

Kromihappoa käytetään metallipinnoitusprosesseissa kemiallisella muuntamisella.

Tämän prosessin aikana metallit upotetaan kromihappoliuoksiin. Tämä reagoi ja liuottaa pinnan osittain samalla kerrostaen ohuen kerroksen monimutkaisia ​​kromiyhdisteitä, jotka ovat vuorovaikutuksessa epäjaloa metallia.

Tätä prosessia kutsutaan kromaattikonversiopäällysteeksi tai konversiokromipinnoitukseksi.

Metallit, joille yleensä tehdään muutoskromipinnoitus, ovat erityyppisiä teräksiä, kuten hiiliteräs, ruostumaton teräs ja sinkitty päällystetty teräs, ja erilaisia ​​ei-rautametalleja, kuten magnesiumseokset, tinalejeeringit, alumiiniseokset, kupari., kadmium, mangaani ja hopea.

Tämä käsittely tarjoaa korroosionkestävyyden ja metallin kiillon. Mitä korkeampi on prosessin pH, sitä suurempi on korroosionkestävyys. Lämpötila nopeuttaa happoreaktiota.

Pinnoitteita voidaan käyttää eri väreillä, kuten sinisellä, mustalla, kultaisella, keltaisella ja kirkkaalla. Se myös parantaa metallipinnan tarttuvuutta maaliin ja liimoihin.

Erodioituneilla tai rakoilla pinnoilla

Kromihappoliuoksia käytetään termoplastisesta materiaalista, lämpökovettuvista polymeereistä ja elastomeereistä valmistettujen esineiden pinnan valmistelussa myöhempää päällystämistä varten maaleilla tai liimoilla.

H ₂ CrO ₄ vaikuttaa pinnan kemiaan ja sen rakenteeseen, koska se auttaa lisäämään sen karheutta. Rei'ityksen ja hapettumisen yhdistelmä lisää liimojen tunkeutumista ja voi jopa aiheuttaa muutoksia polymeerin ominaisuuksissa.

Sitä on käytetty haaroittumaan haarautuneiden pienitiheyksisten polyeteenien, lineaaristen korkean tiheyden omaavien polyeteenien ja polypropeenien hajoamiseen.

Sitä käytetään laajasti galvanointi- tai galvanointiteollisuudessa metallipolymeerien tarttumisen helpottamiseksi.

Eri käyttötarkoituksissa

Kromihappoa käytetään puunsuoja-aineena, myös magneettisissa materiaaleissa ja kemiallisten reaktioiden katalyysiin.

Kromihapon talteenotto

Monissa prosesseissa käytetään kromihappoa ja syntyy kroomi (III): ta sisältäviä virtoja tai jäännöksiä, joita ei voida hävittää, koska niissä on kromi (VI) ioneja, jotka ovat erittäin myrkyllisiä, eikä niitä voida käyttää uudelleen, koska kromaatti-ionien pitoisuus on hyvin alhainen.

Niiden hävittäminen vaatii kromaattien kemiallisen pelkistymisen kromiksi (III), jota seuraa hydroksidin saostaminen ja suodattaminen, mikä aiheuttaa lisäkustannuksia.

Tästä syystä on tutkittu erilaisia ​​menetelmiä kromaattien poistamiseksi ja talteenottamiseksi. Tässä on joitain näistä.

Käyttämällä hartseja

Ioninvaihtohartseja on käytetty monien vuosien ajan kromaattien saastuttaman veden käsittelyyn. Tämä on yksi Yhdysvaltain ympäristönsuojeluviraston tai EPA: n (Environmental Protection Agency) hyväksymistä hoidoista.

Tämä menetelmä mahdollistaa väkevän kromihapon talteenoton, kun se regeneroituu uudelleen hartsista.

Hartsit voivat olla vahvoja tai heikkoja. In vahvasti emäksinen hartseja kromaatin voidaan poistaa, koska ionien HCrO ₄ ^- ja Kr ₂ O ₇ ^2- vaihdetaan ionien kanssa OH ^- ja Cl ^-. Heikosti emäksisissä hartseissa, esimerkiksi sulfaattihartseissa, ionit vaihdetaan SO ₄ ^{2 -: n kanssa}.

Voimakkaasti emäksisten R- (OH) -hartsien tapauksessa kokonaisreaktiot ovat seuraavat:

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 Kr ₂ O ₇ + H ₂ O

Jokaista moolia kohti R ₂ CrO ₄ muunnetaan yksi mooli Cr (VI) poistetaan liuos, joka tekee tästä menetelmästä erittäin houkutteleva.

Kromaattien poistamisen jälkeen hartsi käsitellään voimakkaasti emäksisellä liuoksella niiden regeneroimiseksi turvallisessa paikassa. Kromaatit muunnetaan sitten väkevöityyn kromihappoon uudelleenkäyttöön.

Sähkökemiallisen uudistamisen kautta

Toinen menetelmä on kromihapon sähkökemiallinen regenerointi, joka on myös erittäin kätevä vaihtoehto. Kromi (III) hapetetaan anodisesti kromiksi (VI) tällä menetelmällä. Anodimateriaali on näissä tapauksissa edullisesti lyijydioksidia.

Mikro-organismien käyttö jätevesien puhdistamiseen kromihappoa sisältävillä jäämillä

Menetelmä, jota on tutkittu ja jota tutkitaan edelleen, on sellaisten mikro-organismien käyttö, joita esiintyy luonnollisesti tietyissä jätevesissä, jotka ovat saastuneet kuusiarvoisilla kromi-ioneilla, jotka ovat kromihappoliuoksissa.

Ympäristölle haitalliset päästöt. Kirjoittaja: OpenClipart-Vectors. Lähde: Pixabay.

Näin on tietyissä bakteereissa, joita on nahan parkitusjätevesissä. Näitä mikrobeja on tutkittu ja on määritetty, että ne ovat kestäviä kromaateille ja kykenevät myös pelkistämään kromia (VI) kromiksi (III), joka on paljon vähemmän haitallista ympäristölle ja eläville olennoille.

Tästä syystä arvioidaan, että niitä voidaan käyttää ympäristöystävällisenä menetelmänä kromihappojäljillä saastuneiden jätevesien puhdistamiseen ja detoksifiointiin.

Kromihappo- ja kromioksidivaarat

CrO ₃ ei ole palava, mutta se voi tehostaa muiden aineiden palamista. Monet heidän reaktioista voivat aiheuttaa tulipalon tai räjähdyksen.

CrO ₃ ja kromihappoliuokset ärsyttävät voimakkaasti ihoa (voivat aiheuttaa dermatiittia), silmiä (voivat polttaa) ja limakalvoja (voivat aiheuttaa keuhkoputkia) ja voivat aiheuttaa ns. Kromireikoja hengityselimissä..

Kromi (VI) -yhdisteet, kuten kromihappo ja kromioksidi, ovat erittäin myrkyllisiä, perimää vaurioittavia ja syöpää aiheuttavia useimmille eläville olennoille.

Viitteet

1. Cotton, F. Albert ja Wilkinson, Geoffrey. (1980). Kehittynyt epäorgaaninen kemia. Neljäs painos. John Wiley & Sons.
2. Yhdysvaltain lääketieteellinen kirjasto. (2019). Kromihappo. Palautettu: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. Wegman, RF ja Van Twisk, J. (2013). Alumiini ja alumiiniseokset. 2.5. Kromihappoanodisointiprosessi. Liiman liimaamisen pintakäsittelytekniikoissa (toinen painos). Palautettu osoitteesta sciencedirect.com.
4. Wegman, RF ja Van Twisk, J. (2013). Magnesium. 6.4. Magnesiumin ja magnesiumseosten valmistus kromihappokäsittelyprosesseilla. Liiman liimaamisen pintakäsittelytekniikoissa (toinen painos). Palautettu osoitteesta sciencedirect.com.
5. Grot, W. (2011). Sovellukset. 5.1.8. Kromisten happojen uudistaminen. Fluoroiduissa ionomeereissä (toinen painos). Palautettu osoitteesta sciencedirect.com.
6. Swift, KG ja Booker, JD (2013). Pintatekniikan prosessit. 9.7. Kromatointi. Valmistusprosessin valintaoppaassa. Palautettu osoitteesta sciencedirect.com.
7. Poulsson, AHC et ai. (2019). PEEK: n pintamuokkaustekniikat, mukaan lukien plasmapintakäsittely. 11.3.2.1. Pinnan etsaus. PEEK Biomaterials -käsikirjassa (toinen painos). Palautettu osoitteesta sciencedirect.com.
8. Westheimer, FH (1949). Kromihapon hapettumismekanismit. Chemical Reviews 1949, 45, 3, 419-451. Palautettu pubs.acs.org-sivustosta.
9. Tan, HKS (1999). Kromihapon poisto Anion Exchange -sivustolla. Canadian Journal of Chemical Engineering, osa 77, helmikuu 1999. Haettu osoitteesta onlinelibrary.wiley.com.
10. Kabir, MM et ai. (2018). Kromi (VI): tä tuottavien bakteerien eristäminen ja karakterisointi parkituslaitoksen jätevesistä ja kiinteistä jätteistä. Mikrobiologian ja bioteknologian maailman lehti (2018) 34: 126. Palautettu osoitteesta ncbi.nlm.nih.gov.