Estrutura do ácido crômico, propriedades, produção, usos

O ácido crômico ou H_doisCrO₄ é teoricamente o ácido associado ao óxido de cromo (VI) ou óxido crômico CrO₃. Este nome se deve ao fato de que a espécie H_doisCrO₄ está presente junto com outras espécies de cromo (VI).

Óxido crômico CrO₃ também é chamado de ácido crômico anidro. The CrO₃ é um sólido marrom-avermelhado ou roxo que é obtido pelo tratamento de soluções de dicromato de potássio K_doisCr_doisOU₇ com ácido sulfúrico H_doisSW₄.

Soluções aquosas de óxido crômico experimentam um equilíbrio de certas espécies químicas, cuja concentração depende do pH da solução. Em pH básico, os íons cromato CrO predominam₄^dois-, enquanto em pH ácido os íons HCrO predominam₄^- e dicromato de Cr_doisOU₇^dois-. Estima-se que em pH ácido o ácido crômico H também está presente_doisCrO₄.

Devido ao seu grande poder oxidante, as soluções de ácido crômico são utilizadas na química orgânica para realizar reações de oxidação. Eles também são usados ​​em processos eletroquímicos para tratar metais de uma forma que os torna resistentes à corrosão e ao desgaste..

Certos materiais poliméricos também são tratados com ácido crômico para melhorar sua adesão a metais, tintas e outras substâncias..

As soluções de ácido crômico são altamente perigosas para os humanos, a maioria dos animais e o meio ambiente. Por esse motivo, os resíduos líquidos ou sólidos de processos em que o ácido crômico é utilizado são tratados para remover vestígios de cromo (VI) ou para recuperar todo o cromo presente e regenerar o ácido crômico para reutilização..

Índice do artigo

• 1 Estrutura
• 2 Nomenclatura
• 3 propriedades
  • 3.1 Estado físico
  • 3.2 Peso molecular
  • 3.3 Ponto de fusão
  • 3.4 Densidade
  • 3.5 Solubilidade
  • 3.6 Outras propriedades
• 4 Química de soluções aquosas onde o ácido crômico está presente
• 5 Obtendo
• 6 usos do ácido crômico
  • 6.1 Na oxidação de compostos químicos
  • 6.2 Em processos de anodização de metal
  • 6.3 Em tratamentos de conversão química
  • 6.4 Em superfícies erodidas ou esburacadas
  • 6.5 Em vários usos
• 7 Recuperação de ácido crômico
  • 7.1 Usando resinas
  • 7.2 Por regeneração eletroquímica
• 8 Uso de microrganismos para limpar efluentes com vestígios de ácido crômico
• 9 riscos de ácido crômico e óxido crômico
• 10 referências

Estrutura

Molécula de ácido crômico H_doisCrO₄ é formado por um íon cromato CrO₄^dois- e dois íons de hidrogênio H⁺ anexado a isso. No íon cromato, o elemento cromo está em um estado de oxidação de +6.

A estrutura espacial do íon cromato é tetraédrica, onde o cromo está no centro e os oxigênios ocupam os quatro vértices do tetraedro..

No ácido crômico, os átomos de hidrogênio estão cada um junto com um oxigênio. Das quatro ligações do cromo com os átomos de oxigênio, duas são duplas e duas são simples, pois têm os hidrogênios ligados a elas.

Por outro lado, óxido crômico CrO₃ tem um átomo de cromo no estado de oxidação +6 rodeado por apenas três átomos de oxigênio.

Nomenclatura

- Ácido crômico H_doisCrO₄

- Ácido tetraoxocrômico H_doisCrO₄

- Óxido crômico (ácido crômico anidro) CrO₃

- Trióxido de cromo (ácido crômico anidro) CrO₃

Propriedades

Estado físico

O ácido crômico anidro ou óxido crômico é um sólido cristalino roxo a vermelho

Peso molecular

CrO₃: 118,01 g / mol

Ponto de fusão

CrO₃: 196 ºC

Acima de seu ponto de fusão é termicamente instável, perde oxigênio (é reduzido) para dar óxido de cromo (III) Cr_doisOU₃. Ele se decompõe a aproximadamente 250 ºC.

Densidade

CrO₃: 1,67-2,82 g / cm³

Solubilidade

The CrO₃ é muito solúvel em água: 169 g / 100 g de água a 25 ºC.

É solúvel em ácidos minerais como sulfúrico e nítrico. Solúvel em álcool.

Outras propriedades

The CrO₃ é muito higroscópico, seus cristais são deliquescentes.

Quando o CrO₃ dissolve-se em água forma soluções fortemente ácidas.

É um oxidante muito poderoso. Oxida vigorosamente a matéria orgânica em quase todas as suas formas. Ataca tecido, couro e alguns plásticos. Também ataca a maioria dos metais.

É fortemente venenoso e muito irritante devido ao seu alto potencial oxidante..

Química de soluções aquosas onde o ácido crômico está presente

Óxido crômico CrO₃ dissolve-se rapidamente na água. Em solução aquosa, o cromo (VI) pode existir sob diferentes formas iônicas.

Em pH> 6,5 ou em solução alcalina, o cromo (VI) adquire o íon cromato de CrO₄^dois- amarelo.

Se o pH for reduzido (1 < pH < 6,5) el cromo (VI) forma principalmente el ion HCrO₄^- , que pode dimerizar em íon dicromato de Cr_doisOU₇^dois-, e a solução fica laranja. Em pH entre 2,5 e 5,5, as espécies predominantes são HCrO₄^- e CR_doisOU₇^dois-.

Os equilíbrios que ocorrem nessas soluções à medida que o pH diminui são os seguintes:

CrO₄^dois- (íon cromato) + H⁺ ⇔ HCrO₄^-

HCrO₄^- + H⁺ ⇔ H_doisCrO₄ (ácido crômico)

2HCrO₄^- ⇔ Cr_doisOU₇^dois- (íon dicromato) + H_doisOU

Esses equilíbrios ocorrem apenas se o ácido adicionado para diminuir o pH for HNO₃ ou HClO₄, porque com outros ácidos diferentes compostos são formados.

As soluções de dicromato ácido são agentes oxidantes muito fortes. Mas em soluções alcalinas, o íon cromato é muito menos oxidante.

Obtendo

Segundo as fontes consultadas, uma das formas de se obter o óxido crômico CrO₃, Consiste na adição de ácido sulfúrico a uma solução aquosa de dicromato de sódio ou potássio, formando um precipitado vermelho-laranja..

Ácido crômico H_doisCrO₄ É encontrado em soluções aquosas de óxido crômico em meio ácido.

Uso de ácido crômico

Na oxidação de compostos químicos

Devido à sua forte capacidade de oxidação, o ácido crômico tem sido usado com sucesso para oxidar compostos orgânicos e inorgânicos..

Entre inúmeros exemplos estão os seguintes: permite oxidar álcoois primários em aldeídos e estes em ácidos carboxílicos, álcoois secundários em cetonas, tolueno em ácido benzóico, etilbenzeno em acetofenona, trifenilmetano em trifenilcarbinol, ácido fórmico em CO_dois, ácido oxálico para CO_dois, ácido láctico para acetaldeído e CO_dois, íon ferroso Fe^dois+ para íon férrico Fe³⁺, íon iodeto para iodo, etc.

Permite a conversão de compostos nitroso em nitrocompostos, sulfuretos em sulfonas. Está envolvido na síntese de cetonas a partir de alcenos, pois oxida alcenos hidroborados em cetonas.

Compostos altamente resistentes a oxidantes comuns, como o oxigênio O_dois ou peróxido de hidrogênio H_doisOU_dois, eles são oxidados pelo ácido crômico. Este é o caso de certos boranos heterocíclicos.

Em processos de anodização de metal

A anodização com ácido crômico é um tratamento eletroquímico aplicado ao alumínio para protegê-lo por muitos anos da oxidação, corrosão e desgaste..

O processo de anodização envolve a formação eletroquímica de uma camada de óxido de alumínio ou alumina no metal. Esta camada é então selada em água quente, com a qual se consegue a conversão em óxido de alumínio tri-hidratado..

A camada de óxido selada é espessa, mas estruturalmente fraca e não muito satisfatória para a colagem subsequente. No entanto, a adição de uma pequena quantidade de ácido crômico à água de selagem desenvolve uma superfície que pode formar boas ligações..

O ácido crômico na água de selagem dissolve parte da estrutura semelhante a uma célula grossa e deixa uma camada fina, forte e firmemente ligada de óxido de alumínio, à qual os adesivos aderem e formam ligações fortes e duráveis..

A anodização com ácido crômico também se aplica ao titânio e suas ligas.

Em tratamentos de conversão química

O ácido crômico é usado em processos de revestimento de metal por conversão química.

Durante esse processo, os metais são imersos em soluções de ácido crômico. Este reage e dissolve parcialmente a superfície enquanto deposita uma fina camada de compostos complexos de cromo que interagem com o metal base..

Este processo é denominado revestimento de conversão de cromato ou cromagem de conversão..

Os metais que são geralmente sujeitos à conversão de cromagem são vários tipos de aço, como aço carbono, aço inoxidável e aço revestido com zinco, e vários metais não ferrosos, como ligas de magnésio, ligas de estanho, ligas de alumínio, cobre. , cádmio, manganês e prata.

Este tratamento proporciona resistência à corrosão e brilho ao metal. Quanto maior for o pH do processo, maior será a resistência à corrosão. A temperatura acelera a reação ácida.

Podem ser aplicados revestimentos de várias cores, como azul, preto, dourado, amarelo e transparente. Também fornece melhor adesão da superfície do metal a tintas e adesivos.

Em superfícies erodidas ou esburacadas

As soluções de ácido crômico são utilizadas na preparação da superfície de objetos de material termoplástico, polímeros termofixos e elastômeros para posterior revestimento com tintas ou adesivos..

O H_doisCrO₄ tem efeito na química da superfície e na sua estrutura, pois ajuda a aumentar a sua rugosidade. A combinação de corrosão e oxidação aumenta a penetração dos adesivos e pode até causar alterações nas propriedades do polímero..

Tem sido usado para corroer polietileno ramificado de baixa densidade, polietileno linear de alta densidade e polipropileno.

É amplamente utilizado na indústria de galvanoplastia ou galvanoplastia para facilitar a adesão metal-polímero.

Em vários usos

O ácido crômico é usado como conservante de madeira, também em materiais magnéticos e para catálise de reações químicas.

Recuperação de ácido crômico

Existem muitos processos que usam ácido crômico e geram fluxos ou resíduos que contêm cromo (III) que não podem ser descartados porque possuem íons cromo (VI) que são muito tóxicos, nem podem ser reutilizados porque a concentração de íons cromato é muito baixo..

Seu descarte requer a redução química dos cromatos a cromo (III), seguida da precipitação do hidróxido e filtração, o que gera custos adicionais.

Por esse motivo, vários métodos foram estudados para remover e recuperar os cromatos. Aqui estão alguns destes.

Usando resinas

As resinas de troca iônica têm sido usadas por muitos anos para o tratamento de água contaminada com cromatos. Este é um dos tratamentos aprovados pela Agência de Proteção Ambiental dos EUA, ou EPA. Agência de Proteção Ambiental).

Este método permite a recuperação do ácido crômico concentrado, uma vez que é regenerado novamente a partir da resina..

As resinas podem ser de base forte ou fraca. Em resinas fortemente básicas, o cromato pode ser removido porque os íons HCrO₄^- e CR_doisOU₇^dois- são trocados com íons OH^- e Cl^-. Em resinas fracamente básicas, por exemplo resinas de sulfato, os íons são trocados com SO₄^dois-.

No caso das resinas R- (OH) fortemente básicas, as reações gerais são as seguintes:

2ROH + HCrO₄^- + H⁺ ⇔ R_doisCrO₄ + 2h_doisOU

R_doisCrO₄ + 2HCrO₄^- ⇔ 2RHCrO₄ + CrO₄^dois-

R_doisCrO₄ + HCrO₄^- + H⁺ ⇔ R_doisCr_doisOU₇ + H_doisOU

Para cada mole de R_doisCrO₄ convertido, um mol de Cr (VI) é removido da solução, o que torna este método muito atraente..

Após a remoção dos cromatos, a resina é tratada com uma solução fortemente alcalina para regenerá-los em local seguro. Em seguida, os cromatos são convertidos em ácido crômico concentrado para serem reutilizados..

Através da regeneração eletroquímica

Outro método é a regeneração eletroquímica do ácido crômico, que também é uma alternativa muito conveniente. Por esse processo, o cromo (III) é oxidado anodicamente em cromo (VI). O material do ânodo nestes casos é preferencialmente dióxido de chumbo..

Uso de microorganismos para limpar efluentes com vestígios de ácido crômico

Um método investigado e ainda em estudo é a utilização de microrganismos naturalmente presentes em determinados efluentes contaminados com íons cromo hexavalentes, que são aqueles contidos em soluções de ácido crômico..

É o caso de certas bactérias presentes nas águas residuais do curtimento de couro. Esses micróbios têm sido estudados e determinado que são resistentes aos cromatos e também capazes de reduzir o cromo (VI) a cromo (III), que é muito menos prejudicial ao meio ambiente e aos seres vivos..

Por esse motivo, estima-se que possam ser utilizados como método ecologicamente correto para a remediação e desintoxicação de efluentes contaminados com vestígios de ácido crômico..

Perigos de ácido crômico e óxido crômico

The CrO₃ Não é combustível, mas pode intensificar a combustão de outras substâncias. Muitas de suas reações podem causar incêndio ou explosão.

The CrO₃ e as soluções de ácido crômico são irritantes potentes para a pele (pode causar dermatite), olhos (pode queimar) e membranas mucosas (pode causar broncoasma) e podem causar os chamados "buracos de cromo" no sistema respiratório.

Compostos de cromo (VI), como ácido crômico e óxido crômico, são gravemente tóxicos, mutagênicos e cancerígenos para a maioria dos seres vivos..

Referências

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