CHROMSÄURE: STRUKTUR, EIGENSCHAFTEN, HERSTELLUNG, VERWENDUNG - CHEMIE - 2025

Die Chromsäure oder H ₂ CrO ₄ ist theoretisch die mit Chromoxid (VI) oder Chromoxid CrO ₃ assoziierte Säure . Dieser Name beruht auf der Tatsache, dass in sauren wässrigen Chromoxidlösungen die Spezies H ₂ CrO ₄ zusammen mit anderen Chromspezies (VI) vorhanden ist.

Chromoxid CrO ₃ wird auch als wasserfreie Chromsäure bezeichnet. CrO ₃ ist ein rotbrauner oder violetter Feststoff, der durch Behandeln von Lösungen von Kaliumdichromat K ₂ Cr ₂ O ₇ mit Schwefelsäure H ₂ SO _{4 erhalten wird} .

Chromoxid-CrO ₃ -Kristalle in einem Tiegel. Rando Tuvikene. Quelle: Wikipedia Commons.

Wässrige Chromoxidlösungen erfahren ein Gleichgewicht bestimmter chemischer Spezies, deren Konzentration vom pH-Wert der Lösung abhängt. Bei basischem pH überwiegen die Chromationen CrO ₄ ^2- , während bei saurem pH die Ionen HCrO ₄ ^- und Dichromat Cr ₂ O ₇ ^2- überwiegen . Es wird geschätzt, dass bei saurem pH-Wert auch Chromsäure H ₂ CrO ₄ vorhanden ist .

Aufgrund ihrer großen Oxidationskraft werden Chromsäurelösungen in der organischen Chemie zur Durchführung von Oxidationsreaktionen eingesetzt. Sie werden auch in elektrochemischen Prozessen zur Behandlung von Metallen eingesetzt, um Korrosions- und Verschleißfestigkeit zu erlangen.

Bestimmte polymere Materialien werden auch mit Chromsäure behandelt, um ihre Haftung an Metallen, Farben und anderen Substanzen zu verbessern.

Chromsäurelösungen sind für Menschen, die meisten Tiere und die Umwelt sehr gefährlich. Aus diesem Grund werden flüssige oder feste Abfälle aus Prozessen, in denen Chromsäure verwendet wird, behandelt, um Spuren von Chrom (VI) zu entfernen oder um das gesamte vorhandene Chrom wiederzugewinnen und die Chromsäure zur Wiederverwendung zu regenerieren.

Struktur

Das Molekül der Chromsäure H ₂ CrO ₄ wird durch ein Chromation CrO ₄ ^2- und zwei daran gebundene Wasserstoffionen H ^{+ gebildet} . Im Chromation befindet sich das Element Chrom in einer Oxidationsstufe von +6.

Die räumliche Struktur des Chromations ist tetraedrisch, wobei Chrom im Zentrum liegt und Sauerstoff die vier Eckpunkte des Tetraeders einnimmt.

In Chromsäure sind die Wasserstoffatome jeweils zusammen mit einem Sauerstoff. Von den vier Chrombindungen mit den Sauerstoffatomen sind zwei doppelt und zwei einfach, da an diese die Wasserstoffatome gebunden sind.

Struktur der Chromsäure H ₂ CrO _4, bei der die tetraedrische Form des Chromat und seine Doppelbindungen beobachtet werden. NEUROtiker. Quelle: Wikipedia Commons.

Andererseits hat Chromoxid CrO ₃ ein Chromatom in der Oxidationsstufe +6, das nur von drei Sauerstoffatomen umgeben ist.

Nomenklatur

- Chromsäure H ₂ CrO ₄

- Tetraoxochromsäure H ₂ CrO ₄

- Chromoxid (wasserfreie Chromsäure) CrO ₃

- Chromtrioxid (wasserfreie Chromsäure) CrO ₃

Eigenschaften

Körperlicher Status

Wasserfreie Chromsäure oder Chromoxid ist ein violetter bis roter kristalliner Feststoff

Molekulargewicht

CrO ₃ : 118,01 g / mol

Schmelzpunkt

CrO ₃ : 196 ° C.

Oberhalb seines Schmelzpunktes ist es thermisch instabil, es verliert Sauerstoff (wird reduziert), um Chrom (III) oxid Cr ₂ O _{3 zu ergeben} . Es zersetzt sich bei ca. 250 ° C.

Dichte

CrO ₃ : 1,67-2,82 g / cm ³

Löslichkeit

CrO ₃ ist in Wasser sehr gut löslich: 169 g / 100 g Wasser bei 25 ºC.

Es ist löslich in Mineralsäuren wie Schwefelsäure und Salpetersäure. In Alkohol löslich.

Andere Eigenschaften

CrO ₃ ist sehr hygroskopisch, seine Kristalle zerfließen.

Wenn sich CrO ₃ in Wasser löst, bildet es stark saure Lösungen.

Es ist ein sehr starkes Oxidationsmittel. Oxidiert organische Stoffe in fast allen ihren Formen kräftig. Greift Stoff, Leder und einige Kunststoffe an. Greift auch die meisten Metalle an.

Es ist stark giftig und aufgrund seines hohen Oxidationspotentials sehr reizend.

Chemie wässriger Lösungen, in denen Chromsäure vorhanden ist

Chromoxid CrO ₃ löst sich schnell in Wasser. In wässriger Lösung kann Chrom (VI) in verschiedenen ionischen Formen vorliegen.

Bei pH> 6,5 oder in alkalischer Lösung erhält Chrom (VI) die Chromationenform CrO ₄ ^{2 -} gelb gefärbt.

Wenn der pH-Wert gesenkt wird (1 <pH <6,5), bildet Chrom (VI) hauptsächlich das HCrO ₄ ^- -Ion , das zum Dichromation Cr ₂ O ₇ ^2- dimerisieren kann , und die Lösung wird orange. Bei einem pH-Wert zwischen 2,5 und 5,5 sind die vorherrschenden Spezies HCrO ₄ ^- und Cr ₂ O ₇ ^2- .

Struktur des Dichromations Cr ₂ O ₇ ^2-, das zusammen mit zwei Natrium-Na ⁺ -Ionen gefunden wird . Capaccio. Quelle: Wikipedia Commons.

Die Gleichgewichte, die in diesen Lösungen auftreten, wenn der pH-Wert abnimmt, sind die folgenden:

CrO ₄ ^2- (Chromation) + H ⁺ ⇔ HCrO ₄ ^-

HCrO ₄ ^- + H ⁺ ⇔ H ₂ CrO ₄ (Chromsäure)

2HCrO ₄ ^- ₂ Cr ₂ O ₇ ^2- (Dichromation) + H ₂ O.

Diese Gleichgewichte treten nur auf, wenn die Säure, die zur Senkung des pH-Werts zugesetzt wird, HNO ₃ oder HClO _{4 ist} , da bei anderen Säuren unterschiedliche Verbindungen gebildet werden.

Saure Dichromatlösungen sind sehr starke Oxidationsmittel. In alkalischen Lösungen ist das Chromation jedoch viel weniger oxidierend.

Erhalten

Gemäß den konsultierten Quellen besteht eine der Möglichkeiten, Chromoxid CrO ₃ zu erhalten , darin, einer wässrigen Lösung von Natrium- oder Kaliumdichromat Schwefelsäure zuzusetzen , wobei ein rot-orangefarbener Niederschlag gebildet wird.

Chromoxidhydrat oder Chromsäure. Himstakan. Quelle: Wikipedia Commons.

Chromsäure H ₂ CrO ₄ wird in wässrigen Lösungen von Chromoxid in einem sauren Medium gefunden.

Chromsäure verwendet

Bei der Oxidation chemischer Verbindungen

Aufgrund seiner stark oxidierenden Fähigkeit wird Chromsäure seit langem erfolgreich zur Oxidation organischer und anorganischer Verbindungen eingesetzt.

Unter unzähligen Beispielen sind die folgenden: Es ermöglicht die Oxidation von primären Alkoholen zu Aldehyden und diese zu Carbonsäuren, sekundären Alkoholen zu Ketonen, Toluol zu Benzoesäure, Ethylbenzol zu Acetophenon, Triphenylmethan zu Triphenylcarbinol, Ameisensäure zu CO ₂ , Oxalsäure zu CO ₂ , Milchsäure zu Acetaldehyd und CO ₂ , Eisenion Fe ²⁺ zu Eisen (III) -Ion Fe ³⁺ , Iodidion zu Iod usw.

Es ermöglicht die Umwandlung von Nitrosoverbindungen in Nitroverbindungen, Sulfide in Sulfone. Es ist an der Synthese von Ketonen ausgehend von Alkenen beteiligt, da es hydroborierte Alkene zu Ketonen oxidiert.

Verbindungen, die gegenüber den üblichen Oxidationsmitteln wie Sauerstoff O ₂ oder Wasserstoffperoxid H ₂ O ₂ hochbeständig sind, werden durch Chromsäure oxidiert. Dies ist bei bestimmten heterocyclischen Boranen der Fall.

In Metallanodisierungsprozessen

Die Chromsäureanodisierung ist eine elektrochemische Behandlung von Aluminium, um es über viele Jahre vor Oxidation, Korrosion und Verschleiß zu schützen.

Der Anodisierungsprozess beinhaltet die elektrochemische Bildung einer Schicht aus Aluminiumoxid oder Aluminiumoxid auf dem Metall. Diese Schicht wird dann in heißem Wasser versiegelt, wodurch die Umwandlung in Aluminiumoxidtrihydrat erreicht wird.

Die versiegelte Oxidschicht ist dick, aber strukturell schwach und für das anschließende Verkleben nicht sehr zufriedenstellend. Durch Zugabe einer kleinen Menge Chromsäure zum Versiegelungswasser entsteht jedoch eine Oberfläche, die gute Bindungen bilden kann.

Die Chromsäure im Versiegelungswasser löst einen Teil der groben zellartigen Struktur auf und hinterlässt eine dünne, starke, fest haftende Aluminiumoxidschicht, an der die Klebstoffe haften und starke und dauerhafte Bindungen bilden.

Die Chromsäureanodisierung gilt auch für Titan und seine Legierungen.

Bei chemischen Umwandlungsbehandlungen

Chromsäure wird in Metallbeschichtungsprozessen durch chemische Umwandlung verwendet.

Während dieses Prozesses werden Metalle in Chromsäurelösungen eingetaucht. Dies reagiert und löst die Oberfläche teilweise auf, während eine dünne Schicht komplexer Chromverbindungen abgeschieden wird, die mit dem Grundmetall interagieren.

Dieser Vorgang wird als Chromatumwandlungsbeschichtung oder Umwandlungsverchromung bezeichnet.

Die Metalle, die im Allgemeinen einer Umwandlungsverchromung unterzogen werden, sind verschiedene Stahlsorten wie Kohlenstoffstahl, Edelstahl und verzinkter Stahl sowie verschiedene Nichteisenmetalle wie Magnesiumlegierungen, Zinnlegierungen, Aluminiumlegierungen und Kupfer. , Cadmium, Mangan und Silber.

Diese Behandlung bietet Korrosionsbeständigkeit und Glanz für das Metall. Je höher der pH-Wert des Prozesses ist, desto größer ist die Korrosionsbeständigkeit. Die Temperatur beschleunigt die Säurereaktion.

Es können Beschichtungen in verschiedenen Farben wie Blau, Schwarz, Gold, Gelb und Klar aufgetragen werden. Es bietet auch eine bessere Haftung der Metalloberfläche auf Farben und Klebstoffen.

In erodierten oder narbigen Oberflächen

Chromsäurelösungen werden zur Vorbereitung der Oberfläche von Gegenständen aus thermoplastischem Material, duroplastischen Polymeren und Elastomeren zur anschließenden Beschichtung mit Farben oder Klebstoffen verwendet.

H ₂ CrO ₄ wirkt sich auf die Chemie der Oberfläche und ihre Struktur aus, da es zur Erhöhung ihrer Rauheit beiträgt. Die Kombination von Lochfraß und Oxidation erhöht das Eindringen der Klebstoffe und kann sogar Änderungen der Eigenschaften des Polymers verursachen.

Es wurde verwendet, um verzweigtes Polyethylen niedriger Dichte, lineares Polyethylen hoher Dichte und Polypropylen zu erodieren.

Es ist in der Galvanik- oder Galvanikindustrie weit verbreitet, um die Metall-Polymer-Haftung zu erleichtern.

In verschiedenen Anwendungen

Chromsäure wird als Holzschutzmittel auch in magnetischen Materialien und zur Katalyse chemischer Reaktionen eingesetzt.

Chromsäurerückgewinnung

Es gibt viele Verfahren, bei denen Chromsäure verwendet wird und die Ströme oder Rückstände erzeugen, die Chrom (III) enthalten, die nicht entsorgt werden können, weil sie Chrom (VI) -Ionen enthalten, die sehr toxisch sind, und die auch nicht wiederverwendet werden können, weil die Konzentration der Chromationen sehr niedrig ist.

Ihre Entsorgung erfordert die chemische Reduktion von Chromaten zu Chrom (III), gefolgt von der Ausfällung des Hydroxids und der Filtration, was zusätzliche Kosten verursacht.

Aus diesem Grund wurden verschiedene Methoden zur Entfernung und Gewinnung von Chromaten untersucht. Hier sind einige davon.

Durch die Verwendung von Harzen

Ionenaustauscherharze werden seit vielen Jahren zur Behandlung von mit Chromaten kontaminiertem Wasser verwendet. Dies ist eine der von der US Environmental Protection Agency (EPA) (Environmental Protection Agency) zugelassenen Behandlungen.

Dieses Verfahren ermöglicht die Gewinnung von konzentrierter Chromsäure, wenn diese wieder aus dem Harz regeneriert wird.

Die Harze können stark oder schwach sein. In stark basischen Harzen kann das Chromat entfernt werden, da die Ionen HCrO ₄ ^- und Cr ₂ O ₇ ^2- mit den Ionen OH ^- und Cl ^- ausgetauscht werden . In schwach basischen Harzen, beispielsweise denen von Sulfat, werden die Ionen mit SO ₄ ^{2 -} ausgetauscht .

Bei den stark basischen R- (OH) -Harzen sind die Gesamtreaktionen wie folgt:

2ROH + HCrO ₄ ^- + H ⁺ ₂ R ₂ CrO ₄ + 2H ₂ O.

R ₂ CrO ₄ + 2HCrO ₄ ^- R 2RHCrO ₄ + CrO ₄ ^2-

R ₂ CrO ₄ + HCrO ₄ ^- + H ⁺ ₂ R ₂ Cr ₂ O ₇ + H ₂ O.

Für jedes umgerechnete Mol R ₂ CrO ₄ wird ein Mol Cr (VI) aus der Lösung entfernt, was dieses Verfahren sehr attraktiv macht.

Nach dem Entfernen der Chromate wird das Harz mit einer stark alkalischen Lösung behandelt, um sie an einem sicheren Ort zu regenerieren. Die Chromate werden dann in konzentrierte Chromsäure umgewandelt, um wiederverwendet zu werden.

Durch elektrochemische Regeneration

Eine andere Methode ist die elektrochemische Regeneration von Chromsäure, die ebenfalls eine sehr bequeme Alternative darstellt. Chrom (III) wird durch dieses Verfahren anodisch zu Chrom (VI) oxidiert. Das Anodenmaterial ist in diesen Fällen vorzugsweise Bleidioxid.

Verwendung von Mikroorganismen zur Reinigung von Abwässern mit Spuren von Chromsäure

Eine Methode, die untersucht wurde und noch untersucht wird, ist die Verwendung von Mikroorganismen, die natürlicherweise in bestimmten Abwässern vorhanden sind, die mit sechswertigen Chromionen kontaminiert sind, die in Chromsäurelösungen enthalten sind.

Umweltschädliche Abwässer. Autor: OpenClipart-Vektoren. Quelle: Pixabay.

Dies ist der Fall bei bestimmten Bakterien, die im Ledergerbstoffabwasser vorhanden sind. Diese Mikroben wurden untersucht und es wurde festgestellt, dass sie gegen Chromate resistent sind und auch Chrom (VI) zu Chrom (III) reduzieren können, das für die Umwelt und Lebewesen viel weniger schädlich ist.

Aus diesem Grund wird geschätzt, dass sie als umweltfreundliche Methode zur Sanierung und Entgiftung von Abwässern verwendet werden können, die mit Spuren von Chromsäure kontaminiert sind.

Gefahren durch Chromsäure und Chromoxid

CrO ₃ ist nicht brennbar, kann jedoch die Verbrennung anderer Substanzen verstärken. Viele ihrer Reaktionen können Feuer oder Explosion verursachen.

CrO _{3 -} und Chromsäurelösungen sind starke Reizstoffe für Haut (kann Dermatitis verursachen), Augen (kann brennen) und Schleimhäute (kann Bronchoasma verursachen) und können sogenannte "Chromlöcher" in den Atemwegen verursachen. .

Chrom (VI) -Verbindungen wie Chromsäure und Chromoxid sind für die meisten Lebewesen stark toxisch, mutagen und krebserregend.

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