حمض الكروميك: التركيب ، الخصائص ، الإنتاج ، الاستخدامات - كيمياء - 2025

و حامض الكروم أو H ₂ كرو ₄ نظريا حمض المرتبطة أكسيد الكروم (VI) أو chromia CRO ₃. يرجع هذا الاسم إلى حقيقة أنه في المحاليل المائية الحمضية لأكسيد الكروم توجد الأنواع H ₂ CrO ₄ مع أنواع أخرى من الكروم (VI).

يسمى أكسيد الكروم CrO ₃ أيضًا حمض الكروميك اللامائي. CrO ₃ عبارة عن مادة صلبة بنية ضاربة إلى الحمرة أو أرجوانية يتم الحصول عليها عن طريق معالجة محاليل ثنائي كرومات البوتاسيوم K ₂ Cr ₂ O ₇ مع حمض الكبريتيك H ₂ SO ₄.

بلورات أكسيد الكروم CrO ₃ في بوتقة. راندو توفكين. المصدر: ويكيبيديا كومنز.

تشهد محاليل أكسيد الكروم المائي توازنًا لأنواع كيميائية معينة يعتمد تركيزها على الرقم الهيدروجيني للمحلول. في الرقم الهيدروجيني الأساسية كرومات أيونات CRO ₄ ^2- السائد ، بينما في الوسط الحمضي الأيونات HCrO ₄ ^- وثاني كرومات الكروم ₂ O ₇ ^2- السائد. من المقدر أن حمض الكروميك H ₂ CrO ₄ موجود أيضًا في الأس الهيدروجيني الحمضي.

نظرًا لقدرتها الكبيرة على الأكسدة ، تُستخدم محاليل حمض الكروم في الكيمياء العضوية لإجراء تفاعلات الأكسدة. كما أنها تستخدم في العمليات الكهروكيميائية لمعالجة المعادن بحيث تكتسب مقاومة للتآكل والتآكل.

يتم أيضًا معالجة بعض المواد البوليمرية بحمض الكروميك لتحسين التصاقها بالمعادن والدهانات والمواد الأخرى.

تعتبر محاليل حمض الكروميك شديدة الخطورة على البشر ومعظم الحيوانات والبيئة. لهذا السبب ، يتم معالجة النفايات السائلة أو الصلبة الناتجة عن العمليات التي يتم فيها استخدام حمض الكروميك لإزالة آثار الكروم (VI) أو لاستعادة كل الكروم الموجود وتجديد حمض الكروميك لإعادة استخدامه.

بناء

يتكون جزيء حمض الكروميك H ₂ CrO ₄ من أيون كرومات CrO ₄ ^2- وأيوني هيدروجين H ⁺ متصل به. في أيون الكرومات يكون عنصر الكروم في حالة أكسدة +6.

التركيب المكاني لأيون الكرومات هو رباعي السطوح ، حيث يوجد الكروم في المركز والأكسجين يحتل الرؤوس الأربعة للرباعي الوجوه.

في حمض الكروميك ، تكون ذرات الهيدروجين مع الأكسجين. من بين الروابط الأربعة للكروم مع ذرات الأكسجين ، اثنان منها مزدوج واثنتان بسيطتان ، نظرًا لأن الهيدروجين متصل بهما.

هيكل حامض الكروميك H ₂ CrO ₄ حيث لوحظ الشكل رباعي السطوح للكرومات وروابطه المزدوجة. نيوروتيكير. المصدر: ويكيبيديا كومنز.

من ناحية أخرى ، يحتوي أكسيد الكروم CrO ₃ على ذرة كروم في حالة الأكسدة +6 محاطة بثلاث ذرات أكسجين فقط.

التسمية

- حمض الكروميك H ₂ CrO ₄

- حمض تتراوكسكروميك H ₂ CrO ₄

- أكسيد الكروميك (حمض الكروميك اللامائي) CrO ₃

- ثالث أكسيد الكروم (حمض الكروميك اللامائي) CrO ₃

الخصائص

الحالة الفيزيائية

حمض الكروميك اللامائي أو أكسيد الكروم هو مادة صلبة بلورية أرجوانية إلى حمراء

الوزن الجزيئي الغرامي

CrO ₃: 118.01 جم / مول

نقطة الانصهار

CrO ₃: 196 درجة مئوية

فوق نقطة الانصهار ، يكون غير مستقر حراريًا ، ويفقد الأكسجين (يتم تقليله) لإعطاء أكسيد الكروم (III) Cr ₂ O ₃. يتحلل عند حوالي 250 درجة مئوية.

كثافة

CrO ₃: 1.67-2.82 جم / سم ³

الذوبان

CrO ₃ قابل للذوبان بشدة في الماء: 169 جم / 100 جم من الماء عند 25 درجة مئوية.

قابل للذوبان في الأحماض المعدنية مثل الكبريتيك والنتريك. قابل للذوبان في الكحول.

خصائص أخرى

CrO ₃ هو مادة استرطابية للغاية ، بلوراته مائلة.

عندما يذوب CrO ₃ في الماء ، فإنه يشكل محاليل حمضية بقوة.

إنه مؤكسد قوي للغاية. يؤكسد بشدة المادة العضوية بجميع أشكالها تقريبًا. يهاجم النسيج والجلد وبعض المواد البلاستيكية. كما يهاجم معظم المعادن.

إنه شديد السمية ومزعج للغاية بسبب قدرته العالية على الأكسدة.

كيمياء المحاليل المائية حيث يوجد حمض الكروميك

أكسيد الكروم CrO ₃ يذوب بسرعة في الماء. في محلول مائي ، يمكن أن يوجد الكروم (VI) تحت أشكال أيونية مختلفة.

عند درجة الحموضة> 6.5 أو في محلول قلوي ، يكتسب الكروم (VI) شكل أيون الكرومات CrO ₄ ^{2 -} أصفر اللون.

إذا تم خفض الأس الهيدروجيني (1 <pH <6.5) ، فإن الكروم (VI) يشكل أساسًا HCrO ₄ ^- أيون ، والذي يمكن أن يتحول إلى ثنائي كرومات أيون Cr ₂ O ₇ ^2- ، ويتحول المحلول إلى اللون البرتقالي. عند الأس الهيدروجيني بين 2.5 و 5.5 ، فإن الأنواع السائدة هي HCrO ₄ ^- و Cr ₂ O ₇ ^2-.

هيكل أيون ثنائي كرومات Cr ₂ O ₇ ^2- والذي يوجد مع اثنين من أيونات الصوديوم ⁺ الصوديوم. كاباشيو. المصدر: ويكيبيديا كومنز.

التوازنات التي تحدث في هذه الحلول مع انخفاض درجة الحموضة هي كما يلي:

CrO ₄ ^2- (أيون كرومات) + H ⁺ ⇔ HCrO ₄ ^-

HCrO ₄ ^- + H ⁺ H ₂ CrO ₄ (حمض الكروميك)

2HCrO ₄ ^- ⇔ Cr ₂ O ₇ ^2- (أيون ثنائي كرومات) + H ₂ O

تحدث هذه التوازنات فقط إذا كان الحمض الذي يضاف لخفض الرقم الهيدروجيني هو HNO ₃ أو HClO ₄ ، لأنه مع الأحماض الأخرى تتشكل مركبات مختلفة.

محاليل ثنائي كرومات حمضية هي عوامل مؤكسدة قوية جدًا. لكن في المحاليل القلوية يكون أيون الكرومات أقل أكسدة.

الحصول

وفقًا للمصادر التي تم الرجوع إليها ، تتمثل إحدى طرق الحصول على أكسيد الكروم CrO ₃ في إضافة حمض الكبريتيك إلى محلول مائي من الصوديوم أو ثنائي كرومات البوتاسيوم ، مكونًا راسبًا برتقاليًا أحمر.

هيدرات أكسيد الكروم أو حمض الكروميك. هيستكان. المصدر: ويكيبيديا كومنز.

يوجد حمض الكروميك H ₂ CrO ₄ في المحاليل المائية لأكسيد الكروم في وسط حمضي.

استخدامات حمض الكروميك

في أكسدة المركبات الكيميائية

نظرًا لقدرته القوية على الأكسدة ، فقد استخدم حمض الكروم منذ فترة طويلة بنجاح لأكسدة المركبات العضوية وغير العضوية.

ومن بين الأمثلة لا تعد ولا تحصى هي التالية: لأنها تتيح للأكسدة الكحولات الأولية لالألدهيدات وهذه الأحماض الكربوكسيلية، والكحول الثانوية إلى الكيتونات، التولوين إلى حمض البنزويك، إيثيل بنزين لacetophenone، ثلاثي فينيل ميثان إلى triphenylcarbinol، وحمض الفورميك إلى CO ₂ ، وحمض الأكساليك إلى CO ₂ ، حامض اللبنيك إلى الأسيتالديهيد وCO ₂ ، ايون الحديدية الحديد ²⁺ لأيون الحديديك الحديد ³⁺ ، ايون يوديد إلى اليود، الخ

يسمح بتحويل مركبات النيتروسو إلى مركبات نيترو ، كبريتيد إلى سلفونات. يشارك في تخليق الكيتونات بدءًا من الألكينات ، حيث أنه يؤكسد الألكينات المهدرجة إلى الكيتونات.

تتأكسد المركبات شديدة المقاومة للمواد المؤكسدة المعتادة ، مثل الأكسجين O ₂ أو بيروكسيد الهيدروجين H ₂ O ₂ ، بواسطة حمض الكروميك. هذا هو الحال بالنسبة لبعض البوران الحلقية غير المتجانسة.

في عمليات أنودة المعادن

أنودة حمض الكروميك هي معالجة كهروكيميائية تطبق على الألومنيوم لحمايته لسنوات عديدة من الأكسدة والتآكل والتآكل.

تتضمن عملية الأنودة التكوين الكهروكيميائي لطبقة من أكسيد الألومنيوم أو الألومينا على المعدن. يتم بعد ذلك ختم هذه الطبقة بالماء الساخن ، والذي يتم من خلاله تحقيق التحويل إلى ثلاثي هيدرات أكسيد الألومنيوم.

طبقة الأكسيد المختومة سميكة ، ولكنها ضعيفة من الناحية الهيكلية وغير مرضية للغاية للالتصاق اللاصق اللاحق. ومع ذلك ، فإن إضافة كمية صغيرة من حمض الكروميك إلى الماء المحكم ينتج عنه سطح يمكنه تكوين روابط جيدة.

يذيب حمض الكروميك الموجود في ماء الختم بعضًا من الهيكل الخشن الشبيه بالخلايا ويترك طبقة رقيقة وقوية وثابتة من أكسيد الألومنيوم ، تلتصق بها المواد اللاصقة وتشكل روابط قوية ومتينة.

ينطبق أنودة حمض الكروم أيضًا على التيتانيوم وسبائكه.

في معالجات التحويل الكيميائي

يستخدم حمض الكروميك في عمليات طلاء المعادن عن طريق التحويل الكيميائي.

خلال هذه العملية ، يتم غمر المعادن في محاليل حمض الكروميك. يتفاعل هذا ويذوب السطح جزئيًا أثناء ترسيب طبقة رقيقة من مركبات الكروم المعقدة التي تتفاعل مع المعدن الأساسي.

تسمى هذه العملية طلاء تحويل الكرومات أو طلاء الكروم.

المعادن التي تخضع عمومًا لطلاء الكروم للتحويل هي أنواع مختلفة من الفولاذ ، مثل الفولاذ الكربوني والفولاذ المقاوم للصدأ والفولاذ المطلي بالزنك ، والعديد من المعادن غير الحديدية ، مثل سبائك المغنيسيوم وسبائك القصدير وسبائك الألومنيوم والنحاس. والكادميوم والمنغنيز والفضة.

يوفر هذا العلاج مقاومة للتآكل واللمعان للمعدن. كلما ارتفع الرقم الهيدروجيني للعملية ، زادت مقاومة التآكل. تسرع درجة الحرارة تفاعل الحمض.

يمكن تطبيق الطلاءات بألوان مختلفة ، مثل الأزرق والأسود والذهبي والأصفر والشفاف. كما أنه يوفر التصاقًا أفضل للسطح المعدني للدهانات والمواد اللاصقة.

في الأسطح المتآكلة أو المحفورة

تُستخدم محاليل حمض الكروميك في تحضير سطح الأشياء المصنوعة من مادة اللدائن الحرارية ، والبوليمرات المتصلدة بالحرارة واللدائن اللدنة للطلاء اللاحق بالدهانات أو المواد اللاصقة.

H ₂ CrO _{4 له} تأثير على كيمياء السطح وبنيته حيث يساعد على زيادة خشونته. يؤدي الجمع بين التنقر والأكسدة إلى زيادة تغلغل المواد اللاصقة ويمكن أن يتسبب في حدوث تغييرات في خصائص البوليمر.

وقد تم استخدامه لتآكل البولي إيثيلين منخفض الكثافة المتفرّع والبولي إيثيلين عالي الكثافة والبولي بروبيلين.

يستخدم على نطاق واسع في صناعة الطلاء الكهربائي أو الطلاء الكهربائي لتسهيل التصاق البوليمر المعدني.

في استخدامات مختلفة

يستخدم حمض الكروميك كمادة حافظة للأخشاب ، وكذلك في المواد المغناطيسية ولتحفيز التفاعلات الكيميائية.

استعادة حمض الكروميك

هناك العديد من العمليات التي تستخدم حمض الكروم وتنتج تيارات أو بقايا تحتوي على الكروم (III) والتي لا يمكن التخلص منها لأنها تحتوي على أيونات الكروم (VI) شديدة السمية ، ولا يمكن إعادة استخدامها لأن تركيز أيونات الكرومات منخفض جدًا.

يتطلب التخلص منها الاختزال الكيميائي للكرومات إلى الكروم (III) ، متبوعًا بترسيب الهيدروكسيد والترشيح ، مما يؤدي إلى تكاليف إضافية.

لهذا السبب ، تمت دراسة طرق مختلفة لإزالة واستعادة الكرومات. هنا بعض من هؤلاء.

باستخدام الراتنجات

تم استخدام راتنجات التبادل الأيوني لسنوات عديدة لمعالجة المياه الملوثة بالكرومات. هذا أحد العلاجات المعتمدة من قبل وكالة حماية البيئة الأمريكية ، أو وكالة حماية البيئة (EPA).

تسمح هذه الطريقة باستعادة حمض الكروميك المركز حيث يتم تجديده مرة أخرى من الراتنج.

يمكن أن تكون الراتنجات قوية أو ضعيفة. في الراتنجات القاعدية القوية يمكن إزالة الكرومات حيث يتم تبادل أيونات HCrO ₄ ^- و Cr ₂ O ₇ ^2- مع أيونات OH ^- و Cl ^-. في الراتنجات الأساسية الضعيفة ، على سبيل المثال الكبريتات ، يتم تبادل الأيونات مع SO ₄ ^{2 -}.

في حالة راتنجات R- (OH) الأساسية بقوة ، تكون التفاعلات الكلية كما يلي:

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

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

R ₂ كرو ₄ + HCrO ₄ ^- + H ⁺ ⇔ R ₂ كر ₂ O ₇ + H ₂ O

لكل مول من R ₂ CrO _{4 تم} تحويله ، تتم إزالة مول واحد من Cr (VI) من المحلول ، مما يجعل هذه الطريقة جذابة للغاية.

بعد إزالة الكرومات ، تتم معالجة الراتينج بمحلول قلوي قوي لتجديدها في مكان آمن. ثم يتم تحويل الكرومات إلى حمض الكروميك المركز لإعادة استخدامه.

من خلال التجديد الكهروكيميائي

طريقة أخرى هي التجديد الكهروكيميائي لحمض الكروميك ، وهو أيضًا بديل مناسب جدًا. يتأكسد الكروم (III) بأكسيد الألومنيوم إلى الكروم (VI) من خلال هذا الإجراء. يفضل أن تكون مادة الأنود في هذه الحالات هي ثاني أكسيد الرصاص.

استخدام الكائنات الحية الدقيقة لتنظيف المخلفات السائلة بآثار حمض الكروميك

الطريقة التي تم التحقيق فيها ولا تزال قيد الدراسة هي استخدام الكائنات الحية الدقيقة الموجودة بشكل طبيعي في بعض النفايات السائلة الملوثة بأيونات الكروم سداسي التكافؤ ، وهي تلك الموجودة في محاليل حمض الكروم.

النفايات السائلة الضارة بالبيئة. المؤلف: OpenClipart-Vectors. المصدر: Pixabay.

هذه هي حالة بعض البكتيريا الموجودة في مياه الصرف الصحي لدباغة الجلود. تمت دراسة هذه الميكروبات وتقرر أنها مقاومة للكرومات وقادرة أيضًا على تقليل الكروم (VI) إلى الكروم (III) وهو أقل ضررًا للبيئة والكائنات الحية.

لهذا السبب ، يُقدر أنه يمكن استخدامها كطريقة صديقة للبيئة لمعالجة وإزالة السموم من النفايات السائلة الملوثة بآثار حمض الكروميك.

مخاطر حامض الكروميك وأكسيد الكروم

CrO ₃ غير قابل للاحتراق ولكن يمكن أن يؤدي إلى تكثيف احتراق المواد الأخرى. العديد من ردود أفعالهم يمكن أن تسبب حريقًا أو انفجارًا.

محاليل CrO ₃ وحمض الكروميك عبارة عن مهيجات قوية للجلد (يمكن أن تسبب التهاب الجلد) والعينين (يمكن أن تحترق) والأغشية المخاطية (يمكن أن تسبب بلازما القصبات) ويمكن أن تسبب ما يسمى "ثقوب الكروم" في الجهاز التنفسي..

تعتبر مركبات الكروم (VI) مثل حامض الكروميك وأكسيد الكروم شديدة السمية ، ومسببة للطفرات ، ومسرطنة لمعظم الكائنات الحية.

المراجع

1. قطن ، ف.ألبرت وويلكينسون ، جيفري. (1980). كيمياء غير عضوية متقدمة. طبعة رابعة. جون وايلي وأولاده.
2. المكتبة الوطنية الأمريكية للطب. (2019). حمض الكروم. تم الاسترجاع من: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. ويجمان ، آر إف وفان تويسك ، ج. (2013). الألمنيوم وسبائك الألومنيوم. 2.5 عملية أنودة حمض الكروميك. في تقنيات تحضير السطح للربط اللاصق (الإصدار الثاني). تعافى من sciencedirect.com.
4. ويجمان ، آر إف وفان تويسك ، ج. (2013). المغنيسيوم. 6.4. تحضير سبائك المغنيسيوم والمغنيسيوم بعمليات المعالجة بحمض الكروميك. في تقنيات تحضير السطح للربط اللاصق (الإصدار الثاني). تعافى من sciencedirect.com.
5. جروت ، و. (2011). التطبيقات. 5.1.8. تجديد حمض الكروميك. في الأيونات المفلورة (الإصدار الثاني). تعافى من sciencedirect.com.
6. Swift، KG and Booker، JD (2013). عمليات هندسة الأسطح. 9.7 كرومات. في كتيب اختيار عملية التصنيع. تعافى من sciencedirect.com.
7. بولسون ، AHC وآخرون. (2019). تقنيات تعديل سطح PEEK ، بما في ذلك معالجة سطح البلازما. 11.3.2.1. حفر السطح. في كتيب PEEK Biomaterials (الإصدار الثاني). تعافى من sciencedirect.com.
8. Westheimer ، FH (1949). آليات أكسدة حامض الكروميك. المراجعات الكيميائية 1949 ، 45 ، 3 ، 419-451. تعافى من pubs.acs.org.
9. تان ، HKS (1999). إزالة حمض الكروميك بواسطة تبادل الأنيون. المجلة الكندية للهندسة الكيميائية ، المجلد 77 ، فبراير 1999. تم الاسترجاع من onlinelibrary.wiley.com.
10. كبير ، مم وآخرون. (2018). عزل وتوصيف الكروم (VI) - تقليل البكتيريا من مخلفات المدابغ السائلة والنفايات الصلبة. المجلة العالمية لعلم الأحياء الدقيقة والتكنولوجيا الحيوية (2018) 34: 126. تعافى من ncbi.nlm.nih.gov.