- מִבְנֶה
- מִנוּחַ
- נכסים
- מצב פיזי
- משקל מולקולרי
- נקודת המסה
- צְפִיפוּת
- מְסִיסוּת
- נכסים אחרים
- כימיה של תמיסות מימיות בהן קיימת חומצה כרומית
- להשיג
- שימושים בחומצה כרומית
- בחמצון של תרכובות כימיות
- בתהליכי אילגון מתכת
- בטיפולי המרה כימית
- במשטחים שחוקים או מגולענים
- בשימושים שונים
- התאוששות חומצה כרומית
- באמצעות שרפים
- באמצעות התחדשות אלקטרוכימית
- שימוש במיקרואורגניזמים לניקוי קולחין עם עקבות חומצה כרומית
- סכנות חומצה כרומית וחומציות כרומיות
- הפניות
חומצה כרומית או H 2 CrO 4 הוא תיאורטי החומצה הקשורים תחמוצת כרום (VI) או chromia CrO 3 . שם זה נובע מהעובדה שבתמיסות מימיות חומציות של תחמוצת כרום המין H 2 CrO 4 קיים יחד עם מינים אחרים של כרום (VI).
תחמוצת כרום CrO 3 נקראת גם חומצה כרומית נטולת מים. CrO 3 הוא מוצק חום אדמדם או סגול המתקבל על ידי טיפול בתמיסות של אשלגן דיכרומט K 2 Cr 2 O 7 עם חומצה גופרתית H 2 SO 4 .
גבישי CrO 3 תחמוצת כרום בכור היתוך. רנדו טובייקנה. מקור: Wikipedia Commons.
תמיסות תחמוצת כרום מימיות חווים שיווי משקל של מינים כימיים מסוימים שריכוזם תלוי ב pH של התמיסה. ב- pH הבסיסי כרומטי יונים CrO 4 2- שולטים , ואילו ב- pH חומצי היונים HCrO 4 - ו dichromate Cr 2 O 7 2- שולטים . ההערכה היא כי בחומציות כרונית חומצה קיימת גם H 2 CrO 4 .
בשל עוצמת החמצון הגדולה שלהם משתמשים בתמיסות חומצות כרומיות בכימיה אורגנית לביצוע תגובות חמצון. הם משמשים גם בתהליכים אלקטרוכימיים לטיפול במתכות כך שיקבלו עמידות בפני קורוזיה ובלאי.
חומרים פולימריים מסוימים מטופלים גם בחומצה כרומית כדי לשפר את הדבקתם למתכות, צבעים וחומרים אחרים.
תמיסות חומצה כרומית מסוכנות ביותר לבני אדם, לרוב בעלי החיים והסביבה. מסיבה זו, טיפול בפסולת נוזלית או מוצקה מתהליכים בהם משתמשים בחומצה כרומית מטרת הסרת עקבות כרום (VI) או לשחזור כל הכרום הקיים ולחדש את חומצת הכרום לשימוש חוזר.
מִבְנֶה
המולקולה של חומצה כרומית H 2 CrO 4 נוצרת על ידי יון כרומתי CrO 4 2- ושני יוני מימן H + המחוברים אליו. ביון הכרומט היסוד כרום נמצא במצב חמצון של +6.
המבנה המרחבי של יון הכרומט הוא טטרהדראלי, בו הכרום נמצא במרכז והחמצן תופס את ארבע הקודקודים של הטטרהדרון.
בחומצה כרומית אטומי המימן כל אחד יחד עם חמצן. מבין ארבעת קשרי הכרום עם אטומי החמצן, שניים כפולים ושניים פשוטים, מכיוון שאלו יש את ההידרוגנים המחוברים אליהם.
מבנה חומצה כרומית H 2 CrO 4 בו נצפים צורת הטרטרהדרליות של הכרומט והקשרים הכפולים שלו. NEUROtiker. מקור: Wikipedia Commons.
מצד שני, לתחמוצת הכרום CrO 3 יש אטום כרום במצב החמצון +6 המוקף על ידי שלושה אטומי חמצן בלבד.
מִנוּחַ
- חומצה כרומית H 2 CrO 4
- Tetraoxochromic acid H 2 CrO 4
- תחמוצת כרום (חומצה כרומית נטולת מים) CrO 3
- כרום טריוקסיד (חומצה כרומית נטולת מים) CrO 3
נכסים
מצב פיזי
חומצה כרומית נטולת מים או תחמוצת כרום הם מוצקים גבישיים סגולים עד אדומים
משקל מולקולרי
CrO 3 : 118.01 גרם למול
נקודת המסה
CrO 3 : 196 מעלות צלזיוס
מעל נקודת ההתכה שלו הוא לא יציב תרמית, הוא מאבד חמצן (מופחת) כדי לתת כרום (III) תחמוצת Cr 2 O 3 . זה מתפרק בכ- 250 מעלות צלזיוס.
צְפִיפוּת
CrO 3 : 1.67-2.82 גרם / ס"מ 3
מְסִיסוּת
CrO 3 מסיס מאוד במים: 169 גרם / 100 גרם מים בחום של 25 מעלות צלזיוס.
זה מסיס בחומצות מינרליות כמו גופרית וחנקן. מסיסים באלכוהול.
נכסים אחרים
CrO 3 הוא היגרוסקופי מאוד, הגבישים שלו עדינים בעדינות.
כאשר CrO 3 מתמוסס במים, הוא יוצר תמיסות חומציות מאוד.
זהו חומר חמצון חזק מאוד. מחמצת במרץ חומר אורגני כמעט בכל צורותיו. תוקף בד, עור וכמה פלסטיקים. תוקף גם את רוב המתכות.
זה רעיל מאוד ומעצבן מאוד בגלל פוטנציאל החמצון הגבוה שלו.
כימיה של תמיסות מימיות בהן קיימת חומצה כרומית
תחמוצת הכרום CrO 3 מתמוססת במהירות במים. בתמיסה מימית, כרום (VI) יכול להתקיים בצורות יוניות שונות.
ב- pH> 6.5 או בתמיסה אלקליין, כרום (VI) רוכש את צורת היון הכרומטית CrO 4 2 - בצבע צהוב.
אם מורידים את החומציות (1 <pH <6.5), כרום (VI) מהווה בעיקר את ה- HCrO 4 - ion , שיכול להתעכב ביון הדיכרומט Cr 2 O 7 2- , והתמיסה הופכת לכתומה. ב pH בין 2.5 ל 5.5 המינים השולטים הם HCrO 4 - ו- Cr 2 O 7 2- .
מבנה היון הדיכרומט Cr 2 O 7 2- שנמצא יחד עם שני יוני נתרן + + . קפאצ'יו. מקור: Wikipedia Commons.
האיזונים המתרחשים בתמיסות אלה עם ירידת רמת החומציות הם הבאים:
CrO 4 2- (כרומון יון) + H + ⇔ HCrO 4 -
HCrO 4 - + H + ⇔ H 2 CrO 4 (חומצה כרומית)
2HCrO 4 - ⇔ Cr 2 O 7 2- (דיכרומט יון) + H 2 O
יתרות אלו מתרחשות רק אם החומצה שמתווספת להורדת החומציות היא HNO 3 או HClO 4 , מכיוון שעם חומצות אחרות נוצרות תרכובות שונות.
תמיסות דיכרומאט חומציות הן חומרי חמצון חזקים מאוד. אבל בתמיסות אלקליות יון הכרומט הרבה פחות מחמצן.
להשיג
על פי המקורות שנבדקו, אחת הדרכים להשיג תחמוצת כרום CrO 3 מורכבת מהוספת חומצה גופרתית לתמיסה מימית של נתרן או אשלגן דיכרומט, ויוצרת משקע אדום-כתום.
חמצן תחמוצת כרום או חומצה כרומית. הימנסטאן. מקור: Wikipedia Commons.
חומצה כרומית H 2 CrO 4 נמצאת בתמיסות מימיות של תחמוצת כרום במדיום חומצי.
שימושים בחומצה כרומית
בחמצון של תרכובות כימיות
בשל יכולתו המחמצנת מאוד, חומצה כרומית משמשת זה זמן רב בהצלחה לחמצון תרכובות אורגניות ואי-אורגניות.
בין אין ספור הדוגמאות ניתן למצוא את הדברים הבאים: היא מאפשרת חמצון של אלכוהולים ראשוניים לאלדהידים ואלו לחומצות קרבוקסיליות, אלכוהולים משניים לקטונים, טולואן לחומצה בנזואית, אתילבנזן לאצטופן, טריפניל-מתאן לטריפניל קרבינול, חומצה פורמית ל- CO 2 , חומצה אוקסלית ל- CO 2 , חומצה לקטית לאצטלדהיד ו CO 2 , יון ברזלי Fe 2+ ליון ברז Fe 3+ , יון יוד ליוד וכו '.
זה מאפשר המרה של תרכובות ניטרוסו לתרכובות ניטרו, סולפידים לסולפונים. זה מעורב בסינתזה של קטונים החל מאלקנים, מכיוון שהוא מחמצן אלקנים מנוגרים במים לקטונים.
תרכובות עמידות מאוד לנוגדי החמצון הרגילים, כמו O 2 חמצן או מי חמצן H 2 O 2 , מתחמצנות על ידי חומצה כרומית. זה המקרה לגבי בורנים הטרוציקליים מסוימים.
בתהליכי אילגון מתכת
אנודייזציה של חומצות כרומיות היא טיפול אלקטרוכימי המופעל על אלומיניום כדי להגן עליו במשך שנים רבות מפני חמצון, קורוזיה ובלאי.
תהליך הה anodizing כולל היווצרות אלקטרוכימית של שכבה של תחמוצת אלומיניום או אלומינה על המתכת. לאחר מכן, אטמת שכבה זו במים חמים, בעזרתה מתקבלת ההמרה לטריאטראט אלומיניום.
שכבת החמצון האטומה היא עבה, אך חלשה מבחינה מבנית ואינה מספקת במיוחד למליטה הדביקה לאחר מכן. עם זאת, הוספת כמות קטנה של חומצה כרומית למי האיטום מפתחת משטח שיכול ליצור קשרים טובים.
החומצה הכרומית במי האיטום ממיסה חלק מהמבנה הדומה לתאים הגסים ומשאירה שכבה דקה וחזקה ומחוברת היטב של תחמוצת אלומיניום, אליה נדבקים הדבקים ויוצרים קשרים חזקים ועמידים.
אנודיזציה של חומצות כרומיות חלה גם על טיטניום וסגסוגותיו.
בטיפולי המרה כימית
חומצה כרומית משמשת בתהליכי ציפוי מתכת על ידי המרה כימית.
במהלך תהליך זה טובלים מתכות בתמיסות של חומצה כרומית. זה מגיב וממוסס חלקית את פני השטח תוך הפקדת שכבה דקה של תרכובות כרום מורכבות אשר אינטראקציה עם המתכת הבסיסית.
תהליך זה נקרא ציפוי המרה כרומטית או ציפוי כרום להמרה.
המתכות שבדרך כלל עוברות ציפוי כרום להמרה הן סוגים שונים של פלדה, כמו פלדת פחמן, נירוסטה ופלדה מצופה אבץ, ומתכות שונות ללא ברזליות, כגון סגסוגות מגנזיום, סגסוגות פח, סגסוגות אלומיניום, נחושת. , קדמיום, מנגן וכסף.
טיפול זה מספק עמידות בפני קורוזיה וברק למתכת. ככל שה- pH של התהליך גבוה יותר, כך ההתנגדות לקורוזיה גבוהה יותר. הטמפרטורה מאיצה את תגובת החומצה.
ניתן ליישם ציפויים בצבעים שונים כמו כחול, שחור, זהב, צהוב וצלול. זה גם מספק הידבקות טובה יותר של משטח המתכת לצבעים ודבקים.
במשטחים שחוקים או מגולענים
תמיסות חומצות כרומיות משמשות להכנת פני השטח של חפצים העשויים מחומר תרמופלסטי, פולימרים תרמוסטיים ואלסטומרים לציפוי לאחר מכן בצבעים או דבקים.
H 2 CrO 4 משפיע על הכימיה של פני השטח ומבנהו, מכיוון שהוא מסייע להגדיל את חספוסו. השילוב של pitting וחמצון מגביר את חדירת הדבקים ואף יכול לגרום לשינויים בתכונות הפולימר.
הוא שימש לשחיקת פוליאתילן בצפיפות נמוכה, פוליאתילן בצפיפות גבוהה ופוליפרופילן.
הוא נמצא בשימוש נרחב בתעשיית האלקטרופלינג או אלקטרוליטי כדי להקל על הידבקות מתכת-פולימר.
בשימושים שונים
חומצה כרומית משמשת כחומר משמר לעץ, גם בחומרים מגנטיים ולניתוח של תגובות כימיות.
התאוששות חומצה כרומית
ישנם תהליכים רבים המשתמשים בחומצה כרומית ומייצרים זרמים או שאריות המכילים כרום (III) שלא ניתן להיפטר מהם מכיוון שיש להם יוני כרום (רעילים) רעילים מאוד, וגם לא ניתן להשתמש בהם מחדש מכיוון שריכוז יוני הכרומט הוא נמוך מאוד.
סילוקם מחייב הפחתה כימית של כרומטים לכרום (III), ואחריו משקעים של ההידרוקסיד וסינון, מה שמייצר עלויות נוספות.
מסיבה זו נבדקו שיטות שונות להסרת כרומטים ושחזורם. הנה כמה כאלה.
באמצעות שרפים
שרפים להחלפת יונים משמשים שנים רבות לטיפול במים מזוהמים בכרומטים. זהו אחד הטיפולים שאושרו על ידי הסוכנות להגנת הסביבה האמריקאית, או EPA (סוכנות להגנת הסביבה).
שיטה זו מאפשרת התאוששות של חומצה כרומית מרוכזת כאשר היא מתחזרת מחדש מהשרף.
השרפים יכולים להיות חזקים או חלשים. בשרפים בסיסיים מאוד ניתן להסיר את הכרומט מכיוון שהיונים HCrO 4 - ו- Cr 2 O 7 2- מחליפים עם היונים OH - ו- Cl - . בשרפים בסיסיים חלשים, למשל אלו של סולפט, היונים מוחלפים עם SO 4 2 - .
במקרה של שרפים R- (OH) בסיסיים מאוד, התגובות הכוללות הן כדלקמן:
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
לכל שומה של R 2 CrO 4 שהומר, שומה אחת של Cr (VI) מוסרת מהפתרון, מה שהופך שיטה זו לאטרקטיבית ביותר.
לאחר הסרת הכרומטים, מטפלים בשרף בתמיסה אלקלית חזקה בכדי ליצור מחדש אותם במקום בטוח. לאחר מכן מועברים הכרומטים לחומצה כרומית מרוכזת לשימוש חוזר.
באמצעות התחדשות אלקטרוכימית
שיטה נוספת היא התחדשות אלקטרוכימית של חומצה כרומית, שהיא גם אלטרנטיבה נוחה מאוד. כרום (III) מתחמצן באופן אנודלי לכרום (VI) על ידי נוהל זה. חומר האנודה במקרים אלה הוא עדיף דו חמצני.
שימוש במיקרואורגניזמים לניקוי קולחין עם עקבות חומצה כרומית
שיטה שנחקרה ונמצאת עדיין תחת מחקר היא השימוש במיקרואורגניזמים הקיימים באופן טבעי בקולחים מסוימים המזוהמים עם יוני כרום משושה, שהם אלה הכלולים בתמיסות חומצה כרומית.
שפכים מזיקים לסביבה. מחבר: OpenClipart-Vectors. מקור: Pixabay.
כזה הוא המקרה של חיידקים מסוימים הקיימים בשפכים שזופים מעור. חיידקים אלה נחקרו ונקבע כי הם עמידים בפני כרומטים והם גם מסוגלים להפחית את הכרום (VI) לכרום (III) שהוא הרבה פחות מזיק לסביבה ולייצורים חיים.
מסיבה זו, מעריכים כי ניתן להשתמש בהם כשיטה ידידותית לסביבה לתיקון ולניקוי רעלים של מי קולחין המזוהמים עם עקבות חומצה כרומית.
סכנות חומצה כרומית וחומציות כרומיות
CrO 3 אינו דליק אך הוא יכול להעצים את הבעירה של חומרים אחרים. רבות מהתגובות שלהם עלולות לגרום לשריפה או פיצוץ.
תמיסות CrO 3 וחומצות כרומיות הן גירויים עוצמתיים לעור (עלולים לגרום לדלקת עור), עיניים (יכולות להישרף) וקרומים ריריים (עלולים לגרום לסימפונות) ויכולים לגרום לכביכול "חורי כרום" במערכת הנשימה. .
תרכובות כרום (VI) כמו חומצה כרומית ותחמוצת כרום הן רעילות קשות, מוטגניות ומסרטנות לרוב היצורים החיים.
הפניות
- כותנה, פ. אלברט ווילקינסון, ג'פרי. (1980). כימיה אורגנית מתקדמת. גרסה רביעית. ג'ון וויילי ובניו.
- הספרייה הלאומית לרפואה בארה"ב. (2019). חומצה כרומית. התאושש מ: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
- Wegman, RF ו- Van Twisk, J. (2013). סגסוגות אלומיניום ואלומיניום. 2.5. תהליך אנודייז חומצה כרומית. בטכניקות הכנת משטחים למליטה דביקה (מהדורה שנייה). התאושש מ- sciencedirect.com.
- Wegman, RF ו- Van Twisk, J. (2013). מגנזיום. 6.4. הכנת סגסוגות מגנזיום ומגנזיום על ידי תהליכי הטיפול בחומצה כרומית. בטכניקות הכנת משטחים למליטה דביקה (מהדורה שנייה). התאושש מ- sciencedirect.com.
- Grot, W. (2011). יישומים. 5.1.8. התחדשות חומצה כרומית. ביונומרים פלואורידיים (המהדורה השנייה). התאושש מ- sciencedirect.com.
- סוויפט, KG ובוקר, JD (2013). תהליכי הנדסת שטח. 9.7. כרומציה. במדריך בחירת תהליכי ייצור. התאושש מ- sciencedirect.com.
- פולסון, AHC ואח '. (2019). טכניקות שינוי משטח של PEEK, כולל טיפול במשטח פלזמה. 11.3.2.1. תחריט משטח. במדריך PEEK Biomaterials (המהדורה השנייה). התאושש מ- sciencedirect.com.
- ווסטהיימר, FH (1949). המנגנונים של חמצון חומצה כרומית. ביקורות כימיות 1949, 45, 3, 419-451. התאושש מ- pubs.acs.org.
- טאן, HKS (1999). הסרת חומצה כרומית על ידי אניון חילופי. כתב העת הקנדי להנדסה כימית, כרך 77, פברואר 1999. נשלף מתוך onlinelibrary.wiley.com.
- Kabir, MM et al. (2018). בידוד ואפיון של חיידקים המפחיתים כרום (מי השפכים) ופסולת מוצקה. העיתון העולמי למיקרוביולוגיה וביוטכנולוגיה (2018) 34: 126. התאושש ב- ncbi.nlm.nih.gov.