Struttura, proprietà, produzione, usi dell'acido cromico

Il acido cromico o H_DueCrO₄ è teoricamente l'acido associato all'ossido di cromo (VI) o all'ossido cromico CrO₃. Questo nome è dovuto al fatto che la specie H_DueCrO₄ è presente insieme ad altre specie di cromo (VI).

Ossido cromico CrO₃ è anche chiamato acido cromico anidro. Il CrO₃ è un solido bruno-rossastro o viola che si ottiene trattando soluzioni di bicromato di potassio K._DueCr_DueO₇ con acido solforico H_DueSW₄.

Le soluzioni acquose di ossido cromico sperimentano un equilibrio di alcune specie chimiche la cui concentrazione dipende dal pH della soluzione. A pH basico predominano gli ioni cromato CrO₄^Due-, mentre a pH acido predominano gli ioni HCrO₄^- e Cr bicromato_DueO₇^Due-. Si stima che a pH acido sia presente anche acido cromico H._DueCrO₄.

A causa del loro grande potere ossidante, le soluzioni di acido cromico sono utilizzate in chimica organica per svolgere reazioni di ossidazione. Sono anche utilizzati nei processi elettrochimici per trattare i metalli in modo da renderli resistenti alla corrosione e all'usura..

Alcuni materiali polimerici sono anche trattati con acido cromico per migliorare la loro adesione a metalli, vernici e altre sostanze..

Le soluzioni di acido cromico sono altamente pericolose per l'uomo, la maggior parte degli animali e l'ambiente. Per questo motivo, i rifiuti liquidi o solidi dei processi in cui viene utilizzato l'acido cromico vengono trattati per rimuovere tracce di cromo (VI) o per recuperare tutto il cromo presente e rigenerare l'acido cromico per il riutilizzo..

Indice articolo

• 1 Struttura
• 2 Nomenclatura
• 3 Proprietà
  • 3.1 Stato fisico
  • 3.2 Peso molecolare
  • 3.3 Punto di fusione
  • 3.4 Densità
  • 3.5 Solubilità
  • 3.6 Altre proprietà
• 4 Chimica delle soluzioni acquose in cui è presente acido cromico
• 5 Ottenimento
• 6 Usi dell'acido cromico
  • 6.1 Nell'ossidazione di composti chimici
  • 6.2 Nei processi di anodizzazione dei metalli
  • 6.3 Nei trattamenti di conversione chimica
  • 6.4 In superfici erose o bucherellate
  • 6.5 In vari usi
• 7 Recupero dell'acido cromico
  • 7.1 Utilizzando resine
  • 7.2 Mediante rigenerazione elettrochimica
• 8 Uso di microrganismi per pulire gli effluenti con tracce di acido cromico
• 9 Rischi di acido cromico e ossido cromico
• 10 riferimenti

Struttura

Molecola di acido cromico H_DueCrO₄ è formato da uno ione cromato CrO₄^Due- e due ioni idrogeno H⁺ attaccato a questo. Nello ione cromato l'elemento Cromo è in uno stato di ossidazione di +6.

La struttura spaziale dello ione cromato è tetraedrica, dove il cromo è al centro e gli ossigeni occupano i quattro vertici del tetraedro..

Nell'acido cromico gli atomi di idrogeno sono ciascuno insieme a un ossigeno. Dei quattro legami di cromo con gli atomi di ossigeno, due sono doppi e due sono semplici, poiché hanno gli idrogeni attaccati a loro.

D'altra parte, l'ossido cromico CrO₃ ha un atomo di cromo nello stato di ossidazione +6 circondato da soli tre atomi di ossigeno.

Nomenclatura

- Acido cromico H_DueCrO₄

- Acido tetraossocromico H_DueCrO₄

- Ossido cromico (acido cromico anidro) CrO₃

- Triossido di cromo (acido cromico anidro) CrO₃

Proprietà

Stato fisico

L'acido cromico anidro o l'ossido cromico è un solido cristallino da viola a rosso

Peso molecolare

CrO₃: 118,01 g / mol

Punto di fusione

CrO₃: 196 ºC

Al di sopra del suo punto di fusione è termicamente instabile, perde ossigeno (si riduce) per dare ossido di cromo (III) Cr_DueO₃. Si decompone a circa 250 ºC.

Densità

CrO₃: 1,67-2,82 g / cm³

Solubilità

Il CrO₃ è molto solubile in acqua: 169 g / 100 g di acqua a 25 ºC.

È solubile in acidi minerali come solforico e nitrico. Solubile in alcool.

Altre proprietà

Il CrO₃ è molto igroscopico, i suoi cristalli sono deliquescenti.

Quando il CrO₃ si dissolve in acqua forma soluzioni fortemente acide.

È un ossidante molto potente. Ossida vigorosamente la materia organica in quasi tutte le sue forme. Attacca tessuto, pelle e alcune materie plastiche. Attacca anche la maggior parte dei metalli.

È fortemente velenoso e molto irritante per il suo alto potenziale ossidante..

Chimica delle soluzioni acquose in cui è presente l'acido cromico

Ossido cromico CrO₃ si dissolve rapidamente in acqua. In soluzione acquosa, il cromo (VI) può esistere sotto diverse forme ioniche.

A pH> 6,5 o in soluzione alcalina, il cromo (VI) acquisisce la forma ionica cromata CrO₄^Due- giallo.

Se il pH è abbassato (1 < pH < 6,5) el cromo (VI) forma principalmente el ion HCrO₄^- , che può dimerizzare a ione bicromato Cr_DueO₇^Due-, e la soluzione diventa arancione. A pH compreso tra 2,5 e 5,5 le specie predominanti sono HCrO₄^- e CR_DueO₇^Due-.

Gli equilibri che si verificano in queste soluzioni al diminuire del pH sono i seguenti:

CrO₄^Due- (ione cromato) + H.⁺ ⇔ HCrO₄^-

HCrO₄^- + H⁺ ⇔ H_DueCrO₄ (acido cromico)

2HCrO₄^- ⇔ Cr_DueO₇^Due- (ione bicromato) + H._DueO

Questi equilibri si verificano solo se l'acido aggiunto per abbassare il pH è HNO₃ o HClO₄, perché con altri acidi si formano composti diversi.

Le soluzioni di bicromato acido sono agenti ossidanti molto forti. Ma nelle soluzioni alcaline lo ione cromato è molto meno ossidante.

Ottenere

Secondo le fonti consultate, uno dei modi per ottenere l'ossido cromico CrO₃, Consiste nell'aggiunta di acido solforico a una soluzione acquosa di bicromato di sodio o di potassio, formando un precipitato rosso-arancio..

Acido cromico H_DueCrO₄ Si trova in soluzioni acquose di ossido cromico in un mezzo acido.

Usi dell'acido cromico

Nell'ossidazione di composti chimici

Grazie alla sua forte capacità ossidante, l'acido cromico è stato a lungo utilizzato con successo per ossidare composti organici e inorganici..

Tra gli innumerevoli esempi sono i seguenti: permette di ossidare gli alcoli primari ad aldeidi e questi ad acidi carbossilici, alcoli secondari a chetoni, toluene ad acido benzoico, etilbenzene ad acetofenone, trifenilmetano a trifenilcarbinolo, acido formico a CO_Due, acido ossalico a CO_Due, acido lattico ad acetaldeide e CO_Due, ione ferroso Fe^Due+ allo ione ferrico Fe³⁺, ione ioduro a iodio, ecc.

Permette la conversione di nitroso-composti in nitro-composti, solfuri in solfoni. È coinvolto nella sintesi dei chetoni a partire dagli alcheni, poiché ossida gli alcheni idroborati in chetoni.

Composti altamente resistenti ai comuni ossidanti, come l'ossigeno O_Due o perossido di idrogeno H_DueO_Due, sono ossidati dall'acido cromico. Questo è il caso di alcuni borani eterociclici.

Nei processi di anodizzazione dei metalli

L'anodizzazione con acido cromico è un trattamento elettrochimico applicato all'alluminio per proteggerlo per molti anni da ossidazione, corrosione e usura..

Il processo di anodizzazione prevede la formazione elettrochimica di uno strato di ossido di alluminio o allumina sul metallo. Questo strato viene quindi sigillato in acqua calda, con la quale si ottiene la conversione in ossido di alluminio triidrato..

Lo strato di ossido sigillato è spesso, ma strutturalmente debole e non molto soddisfacente per il successivo legame adesivo. Tuttavia, aggiungendo una piccola quantità di acido cromico all'acqua di tenuta si sviluppa una superficie che può formare buoni legami..

L'acido cromico nell'acqua di sigillatura dissolve parte della struttura grossolana simile a una cellula e lascia uno strato sottile, forte e saldamente attaccato di ossido di alluminio, a cui gli adesivi aderiscono e formano legami forti e durevoli..

L'anodizzazione con acido cromico si applica anche al titanio e alle sue leghe.

Nei trattamenti di conversione chimica

L'acido cromico viene utilizzato nei processi di rivestimento dei metalli mediante conversione chimica.

Durante questo processo, i metalli vengono immersi in soluzioni di acido cromico. Questo reagisce e dissolve parzialmente la superficie depositando un sottile strato di composti di cromo complessi che interagiscono con il metallo di base..

Questo processo è chiamato rivestimento di conversione del cromato o cromatura di conversione..

I metalli che sono generalmente sottoposti a cromatura di conversione sono vari tipi di acciaio, come acciaio al carbonio, acciaio inossidabile e acciaio zincato, e vari metalli non ferrosi, come leghe di magnesio, leghe di stagno, leghe di alluminio, rame. , cadmio, manganese e argento.

Questo trattamento conferisce resistenza alla corrosione e lucentezza al metallo. Maggiore è il pH del processo, maggiore è la resistenza alla corrosione. La temperatura accelera la reazione acida.

Possono essere applicati rivestimenti di vari colori, come blu, nero, oro, giallo e trasparente. Fornisce inoltre una migliore adesione della superficie metallica a vernici e adesivi.

In superfici erose o bucherellate

Le soluzioni di acido cromico sono utilizzate nella preparazione della superficie di oggetti in materiale termoplastico, polimeri termoindurenti ed elastomeri per il loro successivo rivestimento con vernici o adesivi..

La H_DueCrO₄ ha un effetto sulla chimica della superficie e sulla sua struttura, poiché aiuta ad aumentarne la rugosità. La combinazione di vaiolatura e ossidazione aumenta la penetrazione degli adesivi e può persino causare cambiamenti nelle proprietà del polimero..

È stato utilizzato per erodere il polietilene ramificato a bassa densità, il polietilene lineare ad alta densità e il polipropilene.

È ampiamente utilizzato nell'industria galvanica o galvanica per facilitare l'adesione metallo-polimero.

In vari usi

L'acido cromico è utilizzato come conservante del legno, anche nei materiali magnetici e per la catalisi delle reazioni chimiche.

Recupero dell'acido cromico

Ci sono molti processi che utilizzano acido cromico e generano flussi o residui che contengono cromo (III) che non possono essere smaltiti perché hanno ioni cromo (VI) che sono molto tossici, né possono essere riutilizzati perché la concentrazione di ioni cromato è molto Basso..

Il loro smaltimento richiede la riduzione chimica dei cromati a cromo (III), seguita dalla precipitazione dell'idrossido e dalla filtrazione, che genera costi aggiuntivi.

Per questo motivo sono stati studiati diversi metodi per rimuovere e recuperare i cromati. Eccone alcuni.

Utilizzando resine

Le resine a scambio ionico sono utilizzate da molti anni per il trattamento di acque contaminate da cromati. Questo è uno dei trattamenti approvati dalla US Environmental Protection Agency, o EPA. Agenzia per la protezione ambientale).

Questo metodo consente il recupero dell'acido cromico concentrato poiché viene nuovamente rigenerato dalla resina..

Le resine possono essere a base forte o debole. Nelle resine fortemente basiche il cromato può essere rimosso perché gli ioni HCrO₄^- e CR_DueO₇^Due- vengono scambiati con ioni OH^- e Cl^-. Nelle resine debolmente basiche, ad esempio le resine solfate, gli ioni vengono scambiati con SO₄^Due-.

Nel caso delle resine R- (OH) fortemente basiche, le reazioni complessive sono le seguenti:

2ROH + HCrO₄^- + H⁺ ⇔ R_DueCrO₄ + 2H_DueO

R_DueCrO₄ + 2HCrO₄^- ⇔ 2RHCrO₄ + CrO₄^Due-

R_DueCrO₄ + HCrO₄^- + H⁺ ⇔ R_DueCr_DueO₇ + H_DueO

Per ogni mole di R_DueCrO₄ convertito, una mole di Cr (VI) viene rimossa dalla soluzione, il che rende questo metodo molto attraente..

Dopo aver rimosso i cromati, la resina viene trattata con una soluzione fortemente alcalina per rigenerarli in un luogo sicuro. Quindi i cromati vengono convertiti in acido cromico concentrato per essere riutilizzati..

Attraverso la rigenerazione elettrochimica

Un altro metodo è la rigenerazione elettrochimica dell'acido cromico, che è anche un'alternativa molto conveniente. Con questo processo, il cromo (III) viene ossidato anodicamente a cromo (VI). Il materiale anodico in questi casi è preferibilmente diossido di piombo..

Uso di microrganismi per pulire gli effluenti con tracce di acido cromico

Un metodo che è stato indagato ed è ancora allo studio è l'utilizzo di microrganismi naturalmente presenti in alcuni effluenti contaminati da ioni di cromo esavalente, che sono quelli contenuti nelle soluzioni di acido cromico..

È il caso di alcuni batteri presenti nelle acque reflue della concia delle pelli. Questi microbi sono stati studiati ed è stato determinato che sono resistenti ai cromati e sono anche in grado di ridurre il cromo (VI) a cromo (III) che è molto meno dannoso per l'ambiente e gli esseri viventi..

Per questo motivo si stima che possano essere utilizzati come metodo ecocompatibile per la bonifica e la disintossicazione degli effluenti contaminati da tracce di acido cromico..

Rischi da acido cromico e ossido cromico

Il CrO₃ Non è combustibile ma può intensificare la combustione di altre sostanze. Molte delle loro reazioni possono causare incendi o esplosioni.

Il CrO₃ e le soluzioni di acido cromico sono potenti irritanti per la pelle (possono causare dermatiti), gli occhi (possono bruciare) e le mucose (possono causare broncoasma) e possono causare i cosiddetti "buchi di cromo" nel sistema respiratorio.

I composti del cromo (VI) come l'acido cromico e l'ossido cromico sono gravemente tossici, mutageni e cancerogeni per la maggior parte degli esseri viventi..

Riferimenti

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