- Structuur
- Nomenclatuur
- Eigendommen
- Fysieke toestand
- Molecuulgewicht
- Smeltpunt
- Dichtheid
- Oplosbaarheid
- Andere eigenschappen
- Chemie van waterige oplossingen waarin chroomzuur aanwezig is
- Het verkrijgen van
- Chroomzuur gebruikt
- Bij de oxidatie van chemische verbindingen
- Bij metaalanodisatieprocessen
- Bij chemische omzettingsbehandelingen
- In geërodeerde of ontpit oppervlakken
- In verschillende toepassingen
- Chroomzuur herstel
- Door harsen te gebruiken
- Door elektrochemische regeneratie
- Gebruik van micro-organismen om afvalwater te reinigen met sporen van chroomzuur
- Gevaren van chroomzuur en chroomoxide
- Referenties
Het chroomzuur of H 2 CrO 4 is theoretisch het zuur dat geassocieerd wordt met chroomoxide (VI) of chroomoxide CrO 3 . Deze naam is te danken aan het feit dat in zure waterige oplossingen van chroomoxide de soort H 2 CrO 4 aanwezig is samen met andere soorten chroom (VI).
Chroomoxide CrO 3 wordt ook wel watervrij chroomzuur genoemd. CrO 3 is een roodbruine of paarse vaste stof die wordt verkregen door oplossingen van kaliumdichromaat K 2 Cr 2 O 7 te behandelen met zwavelzuur H 2 SO 4 .
Chroomoxide CrO 3- kristallen in een smeltkroes. Rando Tuvikene. Bron: Wikipedia Commons.
Waterige chroomoxide-oplossingen ervaren een evenwicht van bepaalde chemische soorten waarvan de concentratie afhangt van de pH van de oplossing. Bij basische pH overheersen de chromaationen CrO 4 2 , terwijl bij zure pH de ionen HCrO 4 - en dichromaat Cr 2 O 7 2 overheersen . Geschat wordt dat bij zure pH ook chroomzuur H 2 CrO 4 aanwezig is .
Vanwege hun grote oxiderende kracht worden chroomzuuroplossingen in de organische chemie gebruikt om oxidatiereacties uit te voeren. Ze worden ook gebruikt in elektrochemische processen om metalen te behandelen, zodat ze bestand zijn tegen corrosie en slijtage.
Bepaalde polymere materialen worden ook behandeld met chroomzuur om hun hechting aan metalen, verven en andere stoffen te verbeteren.
Chroomzuuroplossingen zijn zeer gevaarlijk voor mens, dier en milieu. Om deze reden wordt vloeibaar of vast afval van processen waarbij chroomzuur wordt gebruikt, behandeld om sporen van chroom (VI) te verwijderen of om al het aanwezige chroom terug te winnen en het chroomzuur te regenereren voor hergebruik.
Structuur
Het molecuul chroomzuur H 2 CrO 4 wordt gevormd door een chromaation CrO 4 2- en twee waterstofionen H + eraan vastgemaakt. In het chromaation bevindt het element Chroom zich in een oxidatietoestand van +6.
De ruimtelijke structuur van het chromaation is tetraëder, waarbij chroom zich in het midden bevindt en zuurstof de vier hoekpunten van de tetraëder bezet.
In chroomzuur zijn de waterstofatomen elk samen met een zuurstof. Van de vier bindingen van chroom met de zuurstofatomen zijn er twee dubbel en twee eenvoudig, omdat hieraan de waterstofatomen zijn gehecht.
Structuur van chroomzuur H 2 CrO 4 waarbij de tetraëdrische vorm van chromaat en zijn dubbele bindingen worden waargenomen. NEUROtiker. Bron: Wikipedia Commons.
Aan de andere kant heeft chroomoxide CrO 3 een chroomatoom in de oxidatietoestand +6 omgeven door slechts drie zuurstofatomen.
Nomenclatuur
- Chroomzuur H 2 CrO 4
- Tetraoxochroomzuur H 2 CrO 4
- Chroomoxide (watervrij chroomzuur) CrO 3
- Chroomtrioxide (watervrij chroomzuur) CrO 3
Eigendommen
Fysieke toestand
Watervrij chroomzuur of chroomoxide is een paarse tot rode kristallijne vaste stof
Molecuulgewicht
CrO 3 : 118,01 g / mol
Smeltpunt
CrO 3 : 196 ºC
Boven het smeltpunt is het thermisch instabiel, het verliest zuurstof (wordt gereduceerd) om chroom (III) oxide Cr 2 O 3 te geven . Het ontleedt bij ongeveer 250 ° C.
Dichtheid
CrO 3 : 1,67-2,82 g / cm 3
Oplosbaarheid
CrO 3 is zeer oplosbaar in water: 169 g / 100 g water van 25 ºC.
Het is oplosbaar in minerale zuren zoals zwavelzuur en salpeterzuur. Oplosbaar in alcohol.
Andere eigenschappen
CrO 3 is erg hygroscopisch, de kristallen zijn vervloeiend.
Wanneer CrO 3 in water oplost, vormt het sterk zure oplossingen.
Het is een zeer krachtig oxidatiemiddel. Oxideert krachtig organisch materiaal in bijna al zijn vormen. Tast stof, leer en sommige kunststoffen aan. Tast ook de meeste metalen aan.
Het is sterk giftig en zeer irriterend vanwege het hoge oxiderende vermogen.
Chemie van waterige oplossingen waarin chroomzuur aanwezig is
Chroomoxide CrO 3 lost snel op in water. In waterige oplossing kan chroom (VI) onder verschillende ionische vormen voorkomen.
Bij pH> 6,5 of in alkalische oplossing verkrijgt chroom (VI) de chromaationenvorm CrO 4 2 - geel van kleur.
Als de pH wordt verlaagd (1 <pH <6,5), vormt chroom (VI) voornamelijk het HCrO 4 - ion , dat kan dimeriseren tot het dichromaat-ion Cr 2 O 7 2- , en de oplossing wordt oranje. Bij een pH tussen 2,5 en 5,5 zijn HCrO 4 - en Cr 2 O 7 2- de overheersende soorten .
Structuur van het dichromaat-ion Cr 2 O 7 2- dat samen met twee natrium Na + -ionen wordt aangetroffen . Capaccio. Bron: Wikipedia Commons.
De balansen die in deze oplossingen optreden als de pH daalt, zijn de volgende:
CrO 4 2- (chromaation) + H + ⇔ HCrO 4 -
HCrO 4 - + H + ⇔ H 2 CrO 4 (chroomzuur)
2HCrO 4 - ⇔ Cr 2 O 7 2- (dichromaat-ion) + H 2 O
Deze balansen treden alleen op als het zuur dat wordt toegevoegd om de pH te verlagen HNO 3 of HClO 4 is , omdat met andere zuren verschillende verbindingen worden gevormd.
Zure dichromaatoplossingen zijn zeer sterke oxidatiemiddelen. Maar in alkalische oplossingen is het chromaation veel minder oxiderend.
Het verkrijgen van
Volgens de geraadpleegde bronnen bestaat een van de manieren om chroomoxide CrO 3 te verkrijgen door zwavelzuur toe te voegen aan een waterige oplossing van natrium- of kaliumdichromaat, waarbij een roodoranje neerslag ontstaat.
Chroomoxidehydraat of chroomzuur. Himstakan. Bron: Wikipedia Commons.
Chroomzuur H 2 CrO 4 wordt aangetroffen in waterige oplossingen van chroomoxide in zuur medium.
Chroomzuur gebruikt
Bij de oxidatie van chemische verbindingen
Vanwege zijn sterk oxiderende vermogen wordt chroomzuur al lang met succes gebruikt om organische en anorganische verbindingen te oxideren.
Ontelbare voorbeelden zijn de volgende: het maakt het mogelijk om primaire alcoholen te oxideren tot aldehyden en deze tot carbonzuren, secundaire alcoholen tot ketonen, tolueen tot benzoëzuur, ethylbenzeen tot acetofenon, trifenylmethaan tot trifenylcarbinol, mierenzuur tot CO 2 , oxaalzuur tot CO 2 , melkzuur naar aceetaldehyde en CO 2 , ferro-ion Fe 2+ naar ferri-ion Fe 3+ , jodide-ion naar jodium, etc.
Het maakt de omzetting van nitrosoverbindingen in nitroverbindingen, sulfiden in sulfonen mogelijk. Het is betrokken bij de synthese van ketonen uitgaande van alkenen, aangezien het gehydroboreerde alkenen oxideert tot ketonen.
Verbindingen die zeer resistent zijn tegen de gebruikelijke oxidatiemiddelen, zoals zuurstof O 2 of waterstofperoxide H 2 O 2 , worden geoxideerd door chroomzuur. Dit is het geval voor bepaalde heterocyclische boranen.
Bij metaalanodisatieprocessen
Chroomzuuranodisatie is een elektrochemische behandeling die op aluminium wordt toegepast om het jarenlang te beschermen tegen oxidatie, corrosie en slijtage.
Het anodisatieproces omvat de elektrochemische vorming van een laag aluminiumoxide of aluminiumoxide op het metaal. Deze laag wordt vervolgens verzegeld in heet water, waarmee de omzetting naar aluminiumoxide trihydraat wordt bereikt.
De afgedichte oxidelaag is dik, maar structureel zwak en niet erg bevredigend voor daaropvolgende hechting. Door echter een kleine hoeveelheid chroomzuur aan het afdichtingswater toe te voegen, ontstaat een oppervlak dat goede hechtingen kan vormen.
Het chroomzuur in het afdichtwater lost een deel van de grove celachtige structuur op en laat een dunne, sterke, stevig aangehechte laag aluminiumoxide achter, waarop de lijmen hechten en sterke en duurzame verbindingen vormen.
Chroomzuuranodisatie is ook van toepassing op titanium en zijn legeringen.
Bij chemische omzettingsbehandelingen
Chroomzuur wordt gebruikt in metaalcoatingprocessen door chemische omzetting.
Tijdens dit proces worden metalen ondergedompeld in oplossingen van chroomzuur. Dit reageert en lost gedeeltelijk het oppervlak op terwijl een dunne laag van complexe chroomverbindingen wordt afgezet die een interactie aangaan met het basismetaal.
Dit proces wordt chromaatconversiecoating of conversieverchromen genoemd.
De metalen die in het algemeen worden onderworpen aan conversieverchromen zijn verschillende soorten staal, zoals koolstofstaal, roestvrij staal en verzinkt staal, en verschillende non-ferrometalen, zoals magnesiumlegeringen, tinlegeringen, aluminiumlegeringen, koper. , cadmium, mangaan en zilver.
Deze behandeling biedt weerstand tegen corrosie en glans aan het metaal. Hoe hoger de pH van het proces, hoe groter de corrosiebestendigheid. Temperatuur versnelt de zuurreactie.
Er kunnen coatings in verschillende kleuren worden aangebracht, zoals blauw, zwart, goud, geel en transparant. Het zorgt ook voor een betere hechting van het metalen oppervlak op verf en lijm.
In geërodeerde of ontpit oppervlakken
Chroomzuuroplossingen worden gebruikt bij de voorbereiding van het oppervlak van voorwerpen gemaakt van thermoplastisch materiaal, thermohardende polymeren en elastomeren voor daaropvolgende coating met verf of kleefstoffen.
H 2 CrO 4 heeft een effect op de chemie van het oppervlak en zijn structuur, omdat het helpt om de ruwheid te vergroten. De combinatie van putvorming en oxidatie verhoogt de penetratie van de lijmen en kan zelfs veranderingen in de eigenschappen van het polymeer veroorzaken.
Het is gebruikt om vertakt polyethyleen met lage dichtheid, lineair polyethyleen met hoge dichtheid en polypropyleen te eroderen.
Het wordt veel gebruikt in de galvanische of galvanische industrie om de hechting van metaal-polymeer te vergemakkelijken.
In verschillende toepassingen
Chroomzuur wordt gebruikt als houtconserveringsmiddel, ook in magnetische materialen en voor katalyse van chemische reacties.
Chroomzuur herstel
Er zijn veel processen die chroomzuur gebruiken en stromen of residuen genereren die chroom (III) bevatten die niet kunnen worden verwijderd omdat ze chroom (VI) -ionen bevatten die zeer giftig zijn, en ze kunnen ook niet worden hergebruikt omdat de concentratie van chromaationen erg laag is.
De verwijdering ervan vereist de chemische reductie van chromaten tot chroom (III), gevolgd door precipitatie van het hydroxide en filtratie, wat extra kosten met zich meebrengt.
Om deze reden zijn verschillende methoden voor het verwijderen en terugwinnen van chromaten bestudeerd. Hier zijn enkele van deze.
Door harsen te gebruiken
Ionenwisselaarharsen worden al vele jaren gebruikt voor de behandeling van water dat is verontreinigd met chromaten. Dit is een van de behandelingen die zijn goedgekeurd door de US Environmental Protection Agency of EPA (Environmental Protection Agency).
Deze methode maakt het mogelijk om geconcentreerd chroomzuur terug te winnen wanneer het weer wordt geregenereerd uit de hars.
De harsen kunnen sterk of zwak zijn. In sterk basische harsen kan het chromaat worden verwijderd doordat de ionen HCrO 4 - en Cr 2 O 7 2- worden uitgewisseld met de ionen OH - en Cl - . In zwak basische harsen, bijvoorbeeld die van sulfaat, worden de ionen uitgewisseld met SO 4 2 - .
In het geval van de sterk basische R- (OH) -harsen zijn de algemene reacties als volgt:
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
Per mol R 2 CrO 4 omgezet, één mol Cr (VI) uit de oplossing, waarbij deze werkwijze zeer aantrekkelijk maakt verwijderd.
Na verwijdering van de chromaten wordt de hars behandeld met een sterk basische oplossing om ze op een veilige plaats te regenereren. De chromaten worden vervolgens omgezet in geconcentreerd chroomzuur om te worden hergebruikt.
Door elektrochemische regeneratie
Een andere methode is de elektrochemische regeneratie van chroomzuur, wat ook een erg handig alternatief is. Chroom (III) wordt door deze procedure anodisch geoxideerd tot chroom (VI). Het anodemateriaal is in deze gevallen bij voorkeur looddioxide.
Gebruik van micro-organismen om afvalwater te reinigen met sporen van chroomzuur
Een methode die is onderzocht en die nog wordt bestudeerd, is het gebruik van micro-organismen die van nature aanwezig zijn in bepaalde effluenten die zijn verontreinigd met zeswaardige chroomionen, die aanwezig zijn in chroomzuuroplossingen.
Afvalwater dat schadelijk is voor het milieu. Auteur: OpenClipart-Vectors. Bron: Pixabay.
Dat is het geval met bepaalde bacteriën die aanwezig zijn in afvalwater van leerlooierijen. Deze microben zijn onderzocht en er is vastgesteld dat ze resistent zijn tegen chromaten en ook in staat zijn om chroom (VI) te reduceren tot chroom (III), wat veel minder schadelijk is voor het milieu en levende wezens.
Om deze reden wordt geschat dat ze kunnen worden gebruikt als een milieuvriendelijke methode voor de sanering en ontgifting van afvalwater dat is verontreinigd met sporen van chroomzuur.
Gevaren van chroomzuur en chroomoxide
CrO 3 is niet brandbaar maar kan de verbranding van andere stoffen versterken. Veel van hun reacties kunnen brand of explosies veroorzaken.
CrO 3 en chroomzuuroplossingen zijn sterk irriterend voor de huid (kunnen dermatitis veroorzaken), ogen (kunnen brandwonden) en slijmvliezen (kunnen bronchoasma veroorzaken) en kunnen zogenaamde "chroomgaten" in de luchtwegen veroorzaken. .
Chroom (VI) -verbindingen zoals chroomzuur en chroomoxide zijn zeer giftig, mutageen en kankerverwekkend voor de meeste levende wezens.
Referenties
- Cotton, F. Albert en Wilkinson, Geoffrey. (1980). Geavanceerde anorganische chemie. Vierde druk. John Wiley & Sons.
- Amerikaanse National Library of Medicine. (2019). Chroomzuur. Hersteld van: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
- Wegman, RF en Van Twisk, J. (2013). Aluminium en aluminiumlegeringen. 2.5. Chroomzuuranodiseerproces. In oppervlaktevoorbereidingstechnieken voor lijmverbindingen (tweede editie). Opgehaald van sciencedirect.com.
- Wegman, RF en Van Twisk, J. (2013). Magnesium. 6.4. Bereiding van magnesium en magnesiumlegeringen door de chroomzuurbehandelingsprocessen. In oppervlaktevoorbereidingstechnieken voor lijmverbindingen (tweede editie). Opgehaald van sciencedirect.com.
- Grot, W. (2011). Toepassingen. 5.1.8. Chroomzuurregeneratie. In Fluorinated Ionomers (Second Edition). Opgehaald van sciencedirect.com.
- Swift, KG en Booker, JD (2013). Oppervlaktetechnische processen. 9.7. Chromateren. In Handboek voor selectie van productieprocessen. Opgehaald van sciencedirect.com.
- Poulsson, AHC et al. (2019). Oppervlaktemodificatietechnieken van PEEK, inclusief plasma-oppervlaktebehandeling. 11.3.2.1. Oppervlakte-etsen. In PEEK Biomaterials Handbook (Second Edition). Opgehaald van sciencedirect.com.
- Westheimer, FH (1949). De mechanismen van chroomzuuroxidaties. Chemische beoordelingen 1949, 45, 3, 419-451. Opgehaald van pubs.acs.org.
- Tan, HKS (1999). Chroomzuurverwijdering door Anion Exchange. The Canadian Journal of Chemical Engineering, jaargang 77, februari 1999. Opgehaald van onlinelibrary.wiley.com.
- Kabir, MM et al. (2018). Isolatie en karakterisering van chroom (VI) -reducerende bacteriën uit afvalwater van leerlooierijen en vast afval. World Journal of Microbiology and Biotechnology (2018) 34: 126. Opgehaald van ncbi.nlm.nih.gov.