AXIT CROMIC: CẤU TRÚC, TÍNH CHẤT, SẢN XUẤT, SỬ DỤNG - HÓA HỌC - 2026

Về mặt lý thuyết, axit cromic hoặc H ₂ CrO ₄ là axit liên kết với oxit crom (VI) hoặc CrO ₃ . Tên này là do thực tế là trong các dung dịch nước có tính axit của oxit cromic, loại H ₂ CrO ₄ có mặt cùng với các loại crom (VI) khác.

Oxit cromic CrO ₃ còn được gọi là axit cromic khan. CrO ₃ là chất rắn màu nâu đỏ hoặc màu tím thu được khi xử lý dung dịch kali đicromat K ₂ Cr ₂ O ₇ với axit sunfuric H ₂ SO ₄ .

Tinh thể CrO ₃ oxit crom trong chén nung. Rando Tuvikene. Nguồn: Wikipedia Commons.

Dung dịch nước ôxít cromic trải qua trạng thái cân bằng của một số loại hóa chất nhất định mà nồng độ phụ thuộc vào độ pH của dung dịch. Ở pH cơ bản, các ion cromat CrO ₄ ^2- chiếm ưu thế , trong khi ở pH axit, các ion HCrO ₄ ^- và dicromat Cr ₂ O ₇ ^2- chiếm ưu thế . Người ta ước tính rằng ở pH axit cũng có mặt axit cromic H ₂ CrO ₄ .

Do khả năng oxy hóa lớn, dung dịch axit cromic được sử dụng trong hóa hữu cơ để thực hiện các phản ứng oxy hóa. Chúng cũng được sử dụng trong quá trình điện hóa để xử lý kim loại để chúng có được khả năng chống ăn mòn và mài mòn.

Một số vật liệu cao phân tử cũng được xử lý bằng axit cromic để cải thiện độ bám dính của chúng với kim loại, sơn và các chất khác.

Dung dịch axit cromic rất nguy hiểm cho con người, hầu hết các loài động vật và môi trường. Vì lý do này, chất thải lỏng hoặc rắn từ các quá trình sử dụng axit cromic được xử lý để loại bỏ vết crom (VI) hoặc để thu hồi tất cả crom có ​​mặt và tái sinh axit cromic để tái sử dụng.

Kết cấu

Phân tử của axit cromic H ₂ CrO ₄ được tạo thành bởi một ion cromat CrO ₄ ^2- và hai ion hydro H ⁺ gắn vào nó. Trong ion cromat, nguyên tố Crom ở trạng thái số oxi hóa +6.

Cấu trúc không gian của ion cromat là tứ diện, trong đó crom nằm ở trung tâm và oxi chiếm 4 đỉnh của tứ diện.

Trong axit cromic, mỗi nguyên tử hydro cùng với một oxy. Trong số bốn liên kết của crom với nguyên tử oxy, có hai liên kết đôi và hai liên kết đơn giản, vì chúng có các liên kết hydro với chúng.

Cấu trúc của axit cromic H ₂ CrO ₄ trong đó có dạng tứ diện của cromat và các liên kết đôi của nó. NEUROtiker. Nguồn: Wikipedia Commons.

Mặt khác, oxit cromic CrO ₃ có nguyên tử crom ở trạng thái oxi hóa +6 được bao quanh bởi chỉ ba nguyên tử oxi.

Danh pháp

- Axit cromic H ₂ CrO ₄

- Axit tetraoxochromic H ₂ CrO ₄

- Oxit cromic (axit cromic khan) CrO ₃

- Crom trioxit (axit cromic khan) CrO ₃

Tính chất

Tình trạng thể chất

Axit cromic khan hoặc Oxit cromic là chất rắn kết tinh màu tím đến đỏ

Trọng lượng phân tử

CrO ₃ : 118,01 g / mol

Độ nóng chảy

CrO ₃ : 196 ºC

Trên nhiệt độ nóng chảy của nó, nó không ổn định về nhiệt, nó mất oxy (bị khử) để tạo ra crom (III) oxit Cr ₂ O ₃ . Nó phân hủy ở khoảng 250 ° C.

Tỉ trọng

CrO ₃ : 1,67-2,82 g / cm ³

Độ hòa tan

CrO ₃ rất dễ tan trong nước: 169 g / 100 g nước ở 25ºC.

Nó hòa tan trong các axit khoáng như sulfuric và nitric. Hòa tan trong rượu.

Các tài sản khác

CrO ₃ rất dễ hút ẩm, các tinh thể của nó rất dễ tan.

Khi CrO ₃ tan trong nước, nó tạo thành các dung dịch có tính axit mạnh.

Nó là một chất oxy hóa rất mạnh. Ôxy hóa mạnh chất hữu cơ ở hầu hết các dạng của nó. Tấn công vải, da và một số chất dẻo. Cũng tấn công hầu hết các kim loại.

Nó rất độc và rất khó chịu do có khả năng oxy hóa cao.

Hóa học của các dung dịch nước có axit cromic

Oxit cromic CrO ₃ tan nhanh trong nước. Trong dung dịch nước, crom (VI) có thể tồn tại dưới các dạng ion khác nhau.

Ở pH> 6,5 hoặc trong dung dịch kiềm, crom (VI) thu được dạng ion cromat CrO ₄ ^{2 - có} màu vàng.

Nếu pH hạ thấp (1 <pH <6,5), crom (VI) chủ yếu tạo thành ion HCrO ₄ ^- , có thể đime hóa thành ion dicromat Cr ₂ O ₇ ^2- , và dung dịch chuyển sang màu da cam. Ở pH từ 2,5 đến 5,5, các loài chủ yếu là HCrO ₄ ^- và Cr ₂ O ₇ ^2- .

Cấu trúc của ion dicromat Cr ₂ O ₇ ^2- được tìm thấy cùng với hai ion natri Na ⁺ . Capaccio. Nguồn: Wikipedia Commons.

Các cân bằng xảy ra trong các dung dịch này khi pH giảm là sau:

CrO ₄ ^2- (ion cromat) + H ⁺ ⇔ HCrO ₄ ^-

HCrO ₄ ^- + H ⁺ ⇔ H ₂ CrO ₄ (axit cromic)

2HCrO ₄ ^- ⇔ Cr ₂ O ₇ ^2- (ion dicromat) + H ₂ O

Những cân bằng này chỉ xảy ra nếu axit được thêm vào để làm giảm độ pH là HNO ₃ hoặc HClO ₄ , vì với các axit khác, các hợp chất khác nhau được tạo thành.

Dung dịch đicromat có tính axit là chất oxi hóa rất mạnh. Nhưng trong dung dịch kiềm, ion cromat có tính oxi hóa ít hơn nhiều.

Thu được

Theo các nguồn được tư vấn, một trong những cách để thu được oxit cromic CrO ₃ là thêm axit sunfuric vào dung dịch nước của natri hoặc kali đicromat, tạo thành kết tủa màu đỏ cam.

Hiđrat oxit cromic hoặc axit cromic. Himstakan. Nguồn: Wikipedia Commons.

Axit cromic H ₂ CrO ₄ được tìm thấy trong dung dịch nước của oxit cromic trong môi trường axit.

Sử dụng axit cromic

Trong quá trình oxy hóa các hợp chất hóa học

Do khả năng oxy hóa mạnh, axit cromic từ lâu đã được sử dụng thành công để oxy hóa các hợp chất hữu cơ và vô cơ.

Trong số vô số ví dụ như sau: nó cho phép oxy hóa rượu chính thành anđehit và chúng thành axit cacboxylic, rượu thứ cấp thành xeton, toluen thành axit benzoic, etylbenzen thành axetophenone, triphenylmetan thành triphenylcarbinol, axit fomic thành CO ₂ , axit oxalic thành CO ₂ , axit lactic thành axetandehit và CO ₂ , ion sắt Fe ²⁺ thành ion sắt Fe ³⁺ , ion iotua thành iot, v.v.

Nó cho phép chuyển đổi hợp chất nitroso thành hợp chất nitro, sulfua thành sulfon. Nó tham gia vào quá trình tổng hợp xeton bắt đầu từ anken, vì nó oxy hóa các anken hydro hóa thành xeton.

Các hợp chất có khả năng chống oxy hóa cao, chẳng hạn như oxy O ₂ hoặc hydro peroxit H ₂ O ₂ , bị oxy hóa bởi axit cromic. Đây là trường hợp của một số borans dị vòng nhất định.

Trong quá trình anod hóa kim loại

Anod hóa axit cromic là một phương pháp xử lý điện hóa được áp dụng cho nhôm để bảo vệ nhôm trong nhiều năm khỏi quá trình oxy hóa, ăn mòn và mài mòn.

Quá trình anốt hóa bao gồm sự hình thành điện hóa của một lớp nhôm oxit hoặc alumin trên kim loại. Lớp này sau đó được niêm phong trong nước nóng, quá trình chuyển hóa thành nhôm oxit trihydrat.

Lớp ôxít kín dày, nhưng cấu trúc yếu và không đạt yêu cầu cho việc kết dính sau này. Tuy nhiên, thêm một lượng nhỏ axit cromic vào nước làm kín sẽ phát triển bề mặt có thể hình thành liên kết tốt.

Axit cromic trong nước làm kín sẽ hòa tan một số cấu trúc giống như tế bào thô và để lại một lớp nhôm oxit mỏng, chắc, gắn chặt, nhờ đó các chất kết dính sẽ bám dính và hình thành các liên kết bền và chắc.

Quá trình anod hóa bằng axit cromic cũng áp dụng cho titan và các hợp kim của nó.

Trong điều trị chuyển đổi hóa học

Axit cromic được sử dụng trong quá trình phủ kim loại bằng cách chuyển hóa hóa học.

Trong quá trình này, kim loại được ngâm trong dung dịch axit cromic. Điều này phản ứng và làm tan một phần bề mặt trong khi lắng đọng một lớp mỏng các hợp chất crom phức tạp tương tác với kim loại cơ bản.

Quá trình này được gọi là lớp phủ chuyển đổi cromat hoặc mạ crom chuyển đổi.

Các kim loại thường được mạ crom chuyển đổi là các loại thép khác nhau, chẳng hạn như thép cacbon, thép không gỉ và thép tráng kẽm, và các kim loại màu khác nhau, chẳng hạn như hợp kim magiê, hợp kim thiếc, hợp kim nhôm, đồng. , cadimi, mangan và bạc.

Xử lý này cung cấp khả năng chống ăn mòn và sáng bóng cho kim loại. Độ pH của quá trình càng cao thì khả năng chống ăn mòn càng lớn. Nhiệt độ làm tăng tốc độ phản ứng axit.

Có thể sơn nhiều màu khác nhau, chẳng hạn như xanh lam, đen, vàng, vàng và trong. Nó cũng cung cấp độ bám dính tốt hơn của bề mặt kim loại với sơn và chất kết dính.

Trên bề mặt bị xói mòn hoặc bị rỗ

Dung dịch axit cromic được sử dụng để chuẩn bị bề mặt của các vật thể làm bằng vật liệu nhựa nhiệt dẻo, polyme nhiệt rắn và chất đàn hồi để phủ sơn hoặc chất kết dính tiếp theo.

H ₂ CrO _{4 có} ảnh hưởng đến hóa học của bề mặt và cấu trúc của nó, vì nó giúp tăng độ nhám. Sự kết hợp giữa rỗ và oxy hóa làm tăng sự xâm nhập của các chất kết dính và thậm chí có thể gây ra những thay đổi trong các đặc tính của polyme.

Nó đã được sử dụng để bào mòn polyethylene mật độ thấp phân nhánh, polyethylene mật độ cao tuyến tính và polypropylene.

Nó được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp mạ điện hoặc mạ điện để tạo điều kiện kết dính kim loại-polyme.

Trong các mục đích sử dụng khác nhau

Axit cromic được sử dụng làm chất bảo quản gỗ, cũng như trong các vật liệu từ tính và để xúc tác các phản ứng hóa học.

Phục hồi axit cromic

Có nhiều quy trình sử dụng axit cromic và tạo ra các dòng hoặc cặn có chứa crom (III) không thể xử lý được vì chúng có các ion crom (VI) rất độc hại, cũng như không thể tái sử dụng vì nồng độ của các ion cromat rất thấp.

Việc xử lý chúng đòi hỏi phải khử cromat thành crom (III) một cách hóa học, sau đó là kết tủa hydroxit và lọc, điều này phát sinh thêm chi phí.

Vì lý do này, các phương pháp khác nhau để loại bỏ và thu hồi cromat đã được nghiên cứu. Đây là một số trong số này.

Bằng cách sử dụng nhựa

Nhựa trao đổi ion đã được sử dụng trong nhiều năm để xử lý nước bị nhiễm cromat. Đây là một trong những phương pháp xử lý đã được Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ, hoặc EPA (Cơ quan Bảo vệ Môi trường) chấp thuận.

Phương pháp này cho phép thu hồi axit cromic đậm đặc khi nó được tái sinh một lần nữa từ nhựa.

Các loại nhựa có thể được dựa trên mạnh hoặc yếu. Trong nhựa có tính bazơ mạnh, cromat có thể bị loại bỏ vì các ion HCrO ₄ ^- và Cr ₂ O ₇ ^2- được trao đổi với các ion OH ^- và Cl ^- . Trong nhựa có tính bazơ yếu, ví dụ như nhựa sunfat, các ion được trao đổi với SO ₄ ^{2 -} .

Trong trường hợp nhựa R- (OH) có tính bazơ mạnh, các phản ứng tổng thể như sau:

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

Đối với mỗi mol R ₂ CrO _{4 được} chuyển đổi, một mol Cr (VI) được loại bỏ khỏi dung dịch, điều này làm cho phương pháp này rất hấp dẫn.

Sau khi loại bỏ cromat, nhựa được xử lý bằng dung dịch kiềm mạnh để tái tạo chúng ở một nơi an toàn. Các cromat sau đó được chuyển thành axit cromic đậm đặc để tái sử dụng.

Thông qua tái tạo điện hóa

Một phương pháp khác là tái sinh điện hóa axit cromic, đây cũng là một phương pháp thay thế rất tiện lợi. Crom (III) được oxi hóa anốt thành crom (VI) bằng quy trình này. Vật liệu cực dương trong những trường hợp này tốt nhất là chì điôxít.

Sử dụng vi sinh vật để làm sạch nước thải có vết axit cromic

Một phương pháp đã được nghiên cứu và vẫn đang được nghiên cứu là sử dụng các vi sinh vật hiện diện tự nhiên trong một số nước thải nhất định bị ô nhiễm bởi các ion crom hóa trị sáu, chúng có trong dung dịch axit cromic.

Nước thải có hại cho môi trường. Tác giả: OpenClipart-Vectors. Nguồn: Pixabay.

Đó là trường hợp của một số vi khuẩn có trong nước thải thuộc da. Những vi khuẩn này đã được nghiên cứu và người ta xác định rằng chúng có khả năng kháng cromat và cũng có khả năng khử crom (VI) thành crom (III) ít gây hại cho môi trường và sinh vật.

Vì lý do này, người ta ước tính rằng chúng có thể được sử dụng như một phương pháp thân thiện với môi trường để xử lý và khử độc cho nước thải bị ô nhiễm bởi dấu vết axit cromic.

Các mối nguy hiểm từ axit cromic và oxit crom

CrO ₃ không dễ cháy nhưng nó có thể làm cháy các chất khác mạnh hơn. Nhiều phản ứng của chúng có thể gây cháy hoặc nổ.

Dung dịch axit CrO ₃ và axit cromic là những chất gây kích ứng mạnh cho da (có thể gây viêm da), mắt (có thể gây bỏng) và màng nhầy (có thể gây ra bệnh huyết quản) và có thể gây ra cái gọi là "lỗ crom" trong hệ hô hấp. .

Các hợp chất crom (VI) như axit cromic và oxit cromic rất độc, gây đột biến và gây ung thư đối với hầu hết các sinh vật.

Người giới thiệu

1. Cotton, F. Albert và Wilkinson, Geoffrey. (1980). Hóa học Vô cơ nâng cao. Ấn bản thứ tư. John Wiley và các con trai.
2. Thư viện Y khoa Quốc gia Hoa Kỳ. (2019). Axit cromic. Được khôi phục từ: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. Wegman, RF và Van Twisk, J. (2013). Nhôm và hợp kim nhôm. 2.5. Quá trình Anodize axit cromic. Trong Kỹ thuật Chuẩn bị Bề mặt để Kết dính (Phiên bản thứ hai). Được khôi phục từ sciricalirect.com.
4. Wegman, RF và Van Twisk, J. (2013). Magiê. 6.4. Điều chế hợp kim magiê và magiê bằng quy trình xử lý axit cromic. Trong Kỹ thuật Chuẩn bị Bề mặt để Kết dính (Phiên bản thứ hai). Được khôi phục từ sciricalirect.com.
5. Grot, W. (2011). Các ứng dụng. 5.1.8. Tái tạo axit cromic. Trong Ionomers Flo (Phiên bản thứ hai). Được khôi phục từ sciricalirect.com.
6. Swift, KG và Booker, JD (2013). Quy trình kỹ thuật bề mặt. 9,7. Mạ crôm. Trong Sổ tay Lựa chọn Quy trình Sản xuất. Được khôi phục từ sciricalirect.com.
7. Poulsson, AHC và cộng sự. (2019). Các kỹ thuật sửa đổi bề mặt của PEEK, bao gồm cả xử lý bề mặt Plasma. 11.3.2.1. Khắc bề mặt. Trong Sổ tay Vật liệu Sinh học PEEK (Tái bản lần thứ hai). Được khôi phục từ sciricalirect.com.
8. Westheimer, FH (1949). Các cơ chế của quá trình oxy hóa axit cromic. Nhận xét Hóa học 1949, 45, 3, 419-451. Đã khôi phục từ pubs.acs.org.
9. Tân, HKS (1999). Loại bỏ axit cromic bằng trao đổi Anion. Tạp chí Kỹ thuật Hóa học Canada, Tập 77, tháng 2 năm 1999. Lấy từ onlinelibrary.wiley.com.
10. Kabir, MM và cộng sự. (2018). Phân lập và xác định đặc tính của vi khuẩn khử crom (VI) từ nước thải của xưởng thuộc da và chất thải rắn. Tạp chí Thế giới về Vi sinh vật và Công nghệ Sinh học (2018) 34: 126. Đã khôi phục từ ncbi.nlm.nih.gov.