- estructura
- Nomenclatura
- propietats
- estat físic
- pes molecular
- Punt de fusió
- densitat
- solubilitat
- altres propietats
- Química de les solucions aquoses on és present l'àcid cròmic
- obtenció
- Usos de l'àcid cròmic
- En l'oxidació de compostos químics
- En processos de anodització de metalls
- En tractaments de conversió química
- En erosionat o picat de superfícies
- En diversos usos
- Recuperació d'àcid cròmic
- Mitjançant utilització de resines
- Mitjançant regeneració electroquímica
- Utilització de microorganismes per sanejar efluents amb restes d'àcid cròmic
- Riscos de l'àcid cròmic i l'òxid cròmic
- referències
El àcid cròmic o H 2 CrO 4 és teòricament l'àcid associat a l'òxid de crom (VI) o òxid cròmic CrO 3. Aquesta denominació es deu al fet que en les solucions aquoses àcides de l'òxid cròmic l'espècie H 2 CrO 4 està present juntament amb altres espècies de crom (VI).
L'òxid cròmic CrO 3 també és anomenat àcid cròmic anhidre. El CrO 3 és un sòlid de color marró vermellós o porpra que s'obté a l'tractar solucions de dicromat de potassi K 2 Cr 2 O 7 amb àcid sulfúric H 2 SO 4.
Cristalls d'òxid cròmic CrO 3 en un gresol. Rant Tuvikene. Font: Wikipedia Commons.
Les solucions aquoses d'òxid cròmic experimenten un equilibri de certes espècies químiques la concentració depèn de el pH de la solució. A pH bàsic predominen els ions cromat CrO 4 2-, mentre que a pH àcid predominen els ions HCrO 4 - i dicromat Cr 2 O 7 2-. S'estima que a pH àcid també estigui present l'àcid cròmic H 2 CrO 4.
Per la seva gran poder oxidant les solucions d'àcid cròmic s'utilitzen en química orgànica per efectuar reaccions d'oxidació. També s'utilitzen en processos electroquímics per tractar metalls de manera que adquireixin resistència a la corrosió i als el desgast.
Certs materials polimèrics també es tracten amb àcid cròmic per millorar la seva adherència a metalls, pintures i altres substàncies.
Les solucions d'àcid cròmic són altament perilloses tant per a l'ésser humà com per a la majoria dels animals i el medi ambient. Per aquesta raó, les deixalles líquids o sòlids de processos on s'utilitza àcid cròmic són tractats per eliminar les restes de crom (VI) o per recuperar tot el crom present i regenerar l'àcid cròmic per reutilitzar-lo.
estructura
La molècula d'l'àcid cròmic H 2 CrO 4 està formada per un ió cromat CrO 4 2- i dos ions hidrogen H + units a aquest. Al ió cromat l'element Crom es troba en un estat d'oxidació de +6.
L'estructura espacial de l'ió cromat és tetraèdrica, on el crom és al centre i els oxígens ocupen els quatre vèrtexs d'el tetraedre.
En l'àcid cròmic els àtoms d'hidrogen estan cadascun al costat d'un oxigen. Dels quatre enllaços de l'crom amb els àtoms d'oxigen, dos són dobles i dos són simples, ja que aquests tenen els hidrògens units a ells.
Estructura de l'àcid cròmic H 2 CrO 4 on s'observa la forma tetraèdrica de l'cromat i els seus dobles enllaços. NEUROtiker. Font: Wikipedia Commons.
D'altra banda, l'òxid cròmic CrO 3 posseeix un àtom de crom en estat d'oxidació +6 envoltat de només tres àtoms d'oxigen.
Nomenclatura
- Àcid cròmic H 2 CrO 4
- Àcid tetraoxocrómico H 2 CrO 4
- Òxid cròmic (àcid cròmic anhidre) CrO 3
- Trióxido de crom (àcid cròmic anhidre) CrO 3
propietats
estat físic
L'àcid cròmic anhidre o òxid cròmic és un sòlid cristal·lí de porpra a vermell
pes molecular
CrO 3: 118,01 g / mol
Punt de fusió
CrO 3: 196 ºC
Per damunt del seu punt de fusió és tèrmicament inestable, perd oxigen (es redueix) per donar òxid de crom (III) Cr 2 O 3. Es descompon a aproximadament 250 ° C.
densitat
CrO 3: 1,67-2,82 g / cm 3
solubilitat
El CrO 3 és molt soluble en aigua: 169 g / 100 g d'aigua a 25 ° C.
És soluble en àcids minerals com sulfúric i nítric. Soluble en alcohol.
altres propietats
El CrO 3 és molt higroscòpic, els seus cristalls són deliqüescents.
Quan el CrO 3 es dissol en aigua forma solucions fortament àcides.
És un oxidant molt potent. Oxida vigorosament la matèria orgànica en gairebé totes les seves formes. Ataca la tela, cuir i alguns plàstics. També ataca la majoria dels metalls.
És fortament verinós i molt irritant causa del seu alt potencial oxidant.
Química de les solucions aquoses on és present l'àcid cròmic
L'òxid cròmic CrO 3 es dissol ràpidament en aigua. En solució aquosa el crom (VI) poden existir sota diferents formes iòniques.
A pH> 6,5 o en solució alcalina el crom (VI) adquireix la forma d'ió cromat CrO 4 2 - de color groc.
Si es disminueix el pH (1 <pH <6,5) el crom (VI) forma principalment el ió HCrO 4 -, el qual pot dimerizar a ió dicromat Cr 2 O 7 2-, i la solució es torna ataronjada. A pH entre 2,5 i 5,5 les espècies predominants són HCrO 4 - i Cr 2 O 7 2-.
Estructura de l'ió dicromat Cr 2 O 7 2- el qual es troba al costat de dos ions sodi Na +. Capaccio. Font: Wikipedia Commons.
Els equilibris que tenen lloc en aquestes solucions a l'anar baixant el pH són els següents:
CrO 4 2- (ió cromat) + H + ⇔ HCrO 4 -
HCrO 4 - + H + ⇔ H 2 CrO 4 (àcid cròmic)
2HCrO 4 - ⇔ Cr 2 O 7 2- (ió dicromat) + H 2 O
Aquests equilibris ocorren només si l'àcid que s'afegeix per baixar el pH és HNO 3 o HClO 4, ja que amb altres àcids es formen compostos diferents.
Les solucions àcides de dicromat són agents oxidants molt enèrgics. Però en solucions alcalines l'ió cromat és molt menys oxidant.
obtenció
Segons les fonts consultades una de les formes d'obtenir l'òxid cròmic CrO 3, aquesta consisteix a afegir àcid sulfúric a una solució aquosa de dicromat de sodi o potassi, formant un precipitat vermell-ataronjat.
Òxid cròmic hidratat o àcid cròmic. Himstakan. Font: Wikipedia Commons.
L'àcid cròmic H 2 CrO 4 es troba en les solucions aquoses d'òxid cròmic en medi àcid.
Usos de l'àcid cròmic
En l'oxidació de compostos químics
A causa de la seva capacitat fortament oxidant, l'àcid cròmic s'ha utilitzat des de fa molt de temps i amb èxit per oxidar compostos orgànics i inorgànics.
Entre innombrables exemples es tenen els següents: permet oxidar alcohols primaris a aldehids i aquests a àcids carboxílics, alcohols secundaris a cetones, toluè a àcid benzoic, etilbenzè a acetofenona, trifenilmetà a trifenilcarbinol, àcid fòrmic a CO 2, àcid oxàlic a CO 2, l'àcid làctic a acetaldehid i CO 2, ió ferrós Fe 2+ a ió fèrric Fe 3+, ió iodur a iode, etc.
Permet la conversió de nitrós-compostos a nitro-compostos, sulfurs a sulfones. Intervé en la síntesi de cetones partint d'alquens, ja que oxida els alquens hidroborados a cetones.
Compostos molt resistents als oxidants usuals, com l'oxigen O 2 o el peròxid d'hidrogen H 2 O 2, són oxidats per l'àcid cròmic. Aquest és el cas de certs borans heterocíclics.
En processos de anodització de metalls
La anodització amb àcid cròmic és un tractament electroquímic que s'aplica a l'alumini per protegir-ho per molts anys de l'oxidació, corrosió i desgast.
El procés de anodització involucra la formació electroquímica d'una capa d'òxid d'alumini o alúmina sobre el metall. Aquesta capa és després segellada en aigua calenta, amb la qual cosa s'aconsegueix la conversió a l'òxid d'alumini trihidratado.
La capa d'òxid segellat és gruixuda, però és estructuralment feble i no molt satisfactòria per a posteriors unions adhesives. No obstant això, a l'afegir una petita quantitat d'àcid cròmic a l'aigua de segellat es desenvolupa una superfície que pot formar bons enllaços.
L'àcid cròmic en l'aigua de segellat dissol part de l'estructura gruixuda tipus cel·la i deixa una capa prima, fort, fermament subjectada d'òxid d'alumini, a la qual els adhesius s'enganxen i formen unions fortes i duradores.
La anodització amb àcid cròmic també s'aplica a l'titani i els seus aliatges.
En tractaments de conversió química
L'àcid cròmic s'empra en processos de recobriment de metalls per conversió química.
Durant aquest procés, els metalls són submergits en solucions d'àcid cròmic. Aquest reacciona i dissol parcialment la superfície dipositant alhora una capa prima de compostos complexos de crom que interactuen amb el metall base.
Aquest procés s'anomena recobriment de conversió de cromats o cromat de conversió.
Els metalls que generalment són sotmesos a cromat de conversió són diversos tipus d'acer, com l'acer a l'carboni, acer inoxidable i acer recobert amb zinc, i diversos metalls no fèrrics, com aliatges de magnesi, aliatges d'estany, aliatges d'alumini, coure, cadmi, manganès i plata.
Aquest tractament proporciona resistència a la corrosió i brillantor a l'metall. A major pH de l'procés major resistència a la corrosió. La temperatura accelera la reacció àcida.
Es poden aplicar recobriments de diversos colors, com blau, negre, daurat, groc i transparent. També proporciona una millor adherència de la superfície metàl·lica cap a pintures i adhesius.
En erosionat o picat de superfícies
S'utilitzen solucions d'àcid cròmic en la preparació de la superfície d'objectes de material termoplàstic, polímers termoestables i elastòmers per al seu posterior recobriment amb pintures o adhesius.
El H 2 CrO 4 aconsegueix un efecte en la química de la superfície i en la seva estructura, ja que ajuda a augmentar la seva rugositat. La combinació de picades i oxidació augmenta la penetració dels adhesius i fins i tot pot ocasionar canvis en les propietats de l'polímer.
S'ha emprat per erosionar polietilè ramificat de baixa densitat, polietilè lineal d'alta densitat i polipropilè.
S'usa molt en la indústria d'electro-recobriment o galvanoplàstia per facilitar l'adhesió metall-polímer.
En diversos usos
L'àcid cròmic s'empra com a conservant de fusta, també en materials magnètics i per catàlisi de reaccions químiques.
Recuperació d'àcid cròmic
Hi ha molts processos que fan servir àcid cròmic i generen corrents o residus que contenen crom (III) els quals no es poden rebutjar doncs tenen ions de crom (VI) que són molt tòxics, ni reutilitzar perquè la concentració d'ions cromat és molt baixa.
La seva disposició requereix la reducció química dels cromats a crom (III), seguida de precipitació de l'hidròxid i filtració, el que genera costos addicionals.
Per aquesta raó, s'han estudiat diversos mètodes per remoure i recuperar cromats. A continuació alguns d'aquests.
Mitjançant utilització de resines
Des de fa molts anys s'utilitzen les resines d'intercanvi iònic per al tractament d'aigües contaminades amb cromats. Aquest és un dels tractaments aprovats per l'Agència de Protecció Ambiental dels EUA, o EPA (sigles de l'anglès Environmental Protection Agency).
Aquest mètode permet la recuperació d'àcid cròmic concentrat ja que és regenerat novament a partir de la resina.
Les resines poden ser de base forta o feble. En resines fortament bàsiques el cromat pot remoure ja que els ions HCrO 4 - i Cr 2 O 7 2- s'intercanvien amb els ions OH - i Cl -. En resines feblement bàsiques, per exemple les de sulfat, els ions s'intercanvien amb els SO 4 2 -.
En el cas de les resines fortament bàsiques R- (OH), les reaccions globals són les següents:
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 cada mol de R 2 CrO 4 convertit es remou un mol de Cr (VI) de la solució, el que fa a aquest mètode molt atractiu.
Després de la remoció dels cromats, es tracta la resina amb una solució fortament alcalina per regenerar-los en lloc segur. Després els cromats són convertits a àcid cròmic concentrat per ser reusado.
Mitjançant regeneració electroquímica
Un altre dels mètodes és la regeneració electroquímica de l'àcid cròmic, la qual també és una alternativa molt convenient. Mitjançant aquest procediment s'oxida anódicamente el crom (III) a crom (VI). El material d'l'ànode en aquests casos és preferiblement diòxid de plom.
Utilització de microorganismes per sanejar efluents amb restes d'àcid cròmic
Un mètode que ha estat investigat i encara segueix sota estudi és la utilització de microorganismes presents de forma natural en certs efluents contaminats amb ions de crom hexavalent que són els continguts en les solucions d'àcid cròmic.
Efluents nocius per al medi ambient. Autor: openclipart-Vectors. Font: Pixabay.
Tal és el cas de certs bacteris presents en les aigües de rebuig d'adobament de cuir. Aquests microbis s'han estudiat i s'ha determinat que són resistents als cromats ia més són capaços de reduir el crom (VI) a crom (III) el qual és molt menys nociu a l'ambient i éssers vius.
Per aquesta raó, s'estima que poden ser utilitzades com a mètode respectuós amb l'ambient per a la remediació i desintoxicació d'efluents contaminats amb restes d'àcid cròmic.
Riscos de l'àcid cròmic i l'òxid cròmic
El CrO 3 no és combustible però pot intensificar la combustió d'altres substàncies. Moltes de les seves reaccions poden causar foc o explosió.
El CrO 3 i les solucions d'àcid cròmic són irritants potents de la pell (poden causar dermatitis), els ulls (poden cremar) i les membranes mucoses (poden causar broncoasma) i poden causar els denominats "buits de crom" en el sistema respiratori.
Els compostos de crom (VI) com l'àcid cròmic i l'òxid cròmic són severament tòxics, mutagènics i carcinògens per a la majoria dels éssers vius.
referències
- Cotton, F. Albert and Wilkinson, Geoffrey. (1980). Advanced Inorganic Chemistry. Fourth Edition. John Wiley & Sons.
- US National Library of Medicine. (2019). Chromic Acid. Recuperat de: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
- Wegman, RF and Van TWISK, J. (2013). Aluminum and Aluminum Alloys. 2.5. Chromic Acid Anodize Process. In Surface Preparation Techniques for Adhesive Bonding (Second Edition). Recuperat de sciencedirect.com.
- Wegman, RF and Van TWISK, J. (2013). Magnesium. 6.4. Preparation of Magnesium and Magnesium Alloys by the Chromic Acid Treatment Processes. In Surface Preparation Techniques for Adhesive Bonding (Second Edition). Recuperat de sciencedirect.com.
- Grot, W. (2011). Applications. 5.1.8. Chromic Acid Regeneration. In Fluorinated Ionomers (Second Edition). Recuperat de sciencedirect.com.
- Swift, KG and Booker, JD (2013). Surface Engineering Processes. 9.7. Chromating. In Manufacturing Process Selection Handbook. Recuperat de sciencedirect.com.
- Poulsson, AHC et al. (2019). Surface Modification Techniques of PEEK, Including Plasma Surface Treatment. 11.3.2.1. Surface Etching. In PEEK Biomaterials Handbook (Second Edition). Recuperat de sciencedirect.com.
- Westheimer, FH (1949). The mechanisms of chromic acid oxidations. Chemical Reviews 1949, 45, 3, 419-451. Recuperat de pubs.acs.org.
- Tan, HKS (1999). Chromic Acid Removal by Anion Exchange. The Canadian Journal of Chemical Engineering, Volume 77, February 1999. Recuperat de onlinelibrary.wiley.com.
- Kabir, MM et al. (2018). Isolation and characterization of chromium (VI) -reducing bacteri from Tannery effluents and solid Wastes. World Journal of Microbiology and Biotechnology (2018) 34: 126. Recuperat de ncbi.nlm.nih.gov.