กรดโครมิก: โครงสร้างคุณสมบัติการผลิตการใช้งาน - เคมี - 2026

กรด chromicหรือ H ₂โครมันยอง₄เป็นทฤษฎีกรดที่เกี่ยวข้องกับโครเมียมออกไซด์ (VI) หรือโครมันยอง Chromia 3 ชื่อนี้เกิดจากข้อเท็จจริงที่ว่าในสารละลายที่เป็นกรดของโครเมียมออกไซด์จะมีสายพันธุ์ H ₂ CrO ₄ร่วมกับโครเมียมชนิดอื่น ๆ (VI)

Chromic oxide CrO ₃เรียกอีกอย่างว่ากรดโครมิกปราศจากน้ำ โครมันยอง₃เป็นสีน้ำตาลแดงหรือสีม่วงที่เป็นของแข็งที่จะได้รับการรักษาโดยการแก้ปัญหาของโพแทสเซียมไดโครเม K ₂ Cr ₂ O ₇กับกรดซัลฟูริก H ₂ SO 4

Chromic oxide CrO ₃ผลึกในเบ้าหลอม Rando Tuvikene ที่มา: Wikipedia Commons

สารละลายโครเมียมออกไซด์ในน้ำมีความสมดุลของสารเคมีบางชนิดซึ่งความเข้มข้นขึ้นอยู่กับ pH ของสารละลาย ที่ pH พื้นฐานโครไอออนโครมันยอง₄ ^2-ครอบงำขณะที่ pH กรดไอออน HCrO ₄ ^-และ dichromate Cr ₂ O ₇ ^2-ครอบงำ ประมาณว่าที่กรด pH กรดโครมิก H ₂ CrO ₄ก็มีอยู่เช่นกัน

เนื่องจากมีพลังการออกซิไดซ์สูงจึงใช้สารละลายกรดโครมิกในเคมีอินทรีย์เพื่อทำปฏิกิริยาออกซิเดชั่น นอกจากนี้ยังใช้ในกระบวนการไฟฟ้าเคมีเพื่อบำบัดโลหะเพื่อให้มีความต้านทานต่อการกัดกร่อนและการสึกหรอ

วัสดุพอลิเมอร์บางชนิดได้รับการบำบัดด้วยกรดโครมิกเพื่อปรับปรุงการยึดเกาะกับโลหะสีและสารอื่น ๆ

สารละลายกรดโครมิกเป็นอันตรายอย่างมากต่อมนุษย์สัตว์ส่วนใหญ่และสิ่งแวดล้อม ด้วยเหตุนี้ของเหลวหรือของเสียจากกระบวนการที่ใช้กรดโครมิกจะได้รับการบำบัดเพื่อกำจัดร่องรอยของโครเมียม (VI) หรือเพื่อกู้คืนโครเมียมทั้งหมดที่มีอยู่และสร้างกรดโครเมียมขึ้นใหม่เพื่อนำกลับมาใช้ใหม่

โครงสร้าง

โมเลกุลของกรดโครมิก H ₂ CrO ₄เกิดจากโครเมตไอออน CrO ₄ ^2-และไฮโดรเจนไอออน H ^{+ สองตัวที่}ติดอยู่ ในโครเมตอิออนธาตุโครเมียมอยู่ในสถานะออกซิเดชัน +6

โครงสร้างเชิงพื้นที่ของโครเมตไอออนคือเตตระฮีดอลโดยที่โครเมียมอยู่ตรงกลางและออกซีเจนส์ครอบครองจุดยอดทั้งสี่ของจัตุรมุข

ในกรดโครมิกอะตอมของไฮโดรเจนแต่ละอะตอมจะรวมกันกับออกซิเจน จากสี่พันธะของโครเมียมกับอะตอมของออกซิเจนสองพันธะเป็นสองเท่าและสองอย่างง่ายเนื่องจากมีไฮโดรเจนติดอยู่

โครงสร้างของกรดโครมิก H ₂ CrO ₄ซึ่งสังเกตเห็นรูปแบบ tetrahedral ของโครเมตและพันธะคู่ NEUROtiker ที่มา: Wikipedia Commons

ในทางกลับกันโครเมียมออกไซด์ CrO ₃มีอะตอมโครเมียมอยู่ในสถานะออกซิเดชัน +6 ล้อมรอบด้วยออกซิเจนเพียงสามอะตอม

ศัพท์เฉพาะ

- กรดโครมิก H ₂ CrO ₄

- Tetraoxochromic acid H ₂ CrO ₄

- Chromic oxide (กรดโครมิกปราศจากน้ำ) CrO ₃

- โครเมียมไตรออกไซด์ (กรดโครมิกปราศจากน้ำ) CrO ₃

คุณสมบัติ

สภาพร่างกาย

Anhydrous Chromic Acid หรือ Chromic Oxide เป็นของแข็งผลึกสีม่วงถึงแดง

น้ำหนักโมเลกุล

โครมันยอง₃ : 118.01 g / mol

จุดหลอมเหลว

CrO ₃ : 196 ºC

เหนือจุดหลอมละลายของมันจะไม่คงที่ความร้อนจะสูญเสียออกซิเจน (ลดลง) เพื่อให้โครเมียม (III) ออกไซด์ Cr ₂ O 3 สลายตัวที่อุณหภูมิประมาณ 250 ° C

ความหนาแน่น

โครมันยอง₃ : 1.67-2.82 กรัม / ซม. ³

การละลาย

CrO ₃ละลายได้มากในน้ำ: 169 กรัม / น้ำ 100 กรัมที่อุณหภูมิ25ºC

ละลายได้ในกรดแร่เช่นซัลฟิวริกและไนตริก ละลายในแอลกอฮอล์

คุณสมบัติอื่น ๆ

CrO ₃ดูดความชื้นได้มากผลึกของมันจะอ่อนช้อย

เมื่อ CrO ₃ละลายในน้ำจะเกิดสารละลายที่เป็นกรดอย่างมาก

เป็นสารออกซิแดนท์ที่มีฤทธิ์แรงมาก ออกซิไดซ์สารอินทรีย์อย่างรุนแรงในเกือบทุกรูปแบบ โจมตีผ้าหนังและพลาสติกบางชนิด โจมตีโลหะส่วนใหญ่ด้วย

มีพิษรุนแรงและระคายเคืองมากเนื่องจากมีโอกาสออกซิไดซ์สูง

เคมีของสารละลายในน้ำที่มีกรดโครมิก

Chromic oxide CrO ₃ละลายในน้ำอย่างรวดเร็ว ในสารละลายที่เป็นน้ำโครเมียม (VI) สามารถอยู่ได้ภายใต้รูปแบบไอออนิกที่แตกต่างกัน

ที่ pH> 6.5 หรือในสารละลายอัลคาไลน์โครเมียม (VI) จะได้รับโครเมตไอออนในรูปแบบ CrO ₄ ^{2 ซึ่งเป็น}สีเหลือง

ถ้า pH ลดลง (1 <pH <6.5) โครเมียม (VI) ส่วนใหญ่จะสร้าง HCrO ₄ ^-ไอออนซึ่งสามารถหรี่เป็นไอออนไดโครเมต Cr ₂ O ₇ ^2-และสารละลายจะเปลี่ยนเป็นสีส้ม ที่ pH ระหว่าง 2.5 และ 5.5 สายพันธุ์ที่โดดเด่นเป็น HCrO ₄ ^-และ Cr ₂ O ₇ 2-

โครงสร้างของไอออน dichromate Cr ₂ O ₇ ^2-ซึ่งพบร่วมกับอีกสองโซเดียมนา⁺ไอออน Capaccio ที่มา: Wikipedia Commons

ความสมดุลที่เกิดขึ้นในสารละลายเหล่านี้เมื่อ pH ลดลงมีดังต่อไปนี้:

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

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

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

ความสมดุลเหล่านี้เกิดขึ้นก็ต่อเมื่อกรดที่เติมลงไปเพื่อลด pH คือ HNO ₃หรือ HClO ₄เนื่องจากมีกรดอื่น ๆ เกิดสารประกอบที่แตกต่างกัน

สารละลายกรดไดโครเมตเป็นตัวออกซิไดซ์ที่แรงมาก แต่ในสารละลายอัลคาไลน์โครเมตไอออนจะออกซิไดซ์น้อยกว่ามาก

การได้รับ

ตามแหล่งที่มาที่ปรึกษาหนึ่งในวิธีที่จะได้รับโครมิกออกไซด์ CrO ₃ประกอบด้วยการเติมกรดซัลฟิวริกลงในสารละลายโซเดียมหรือโพแทสเซียมไดโครเมตในน้ำทำให้ตกตะกอนเป็นสีส้มแดง

โครมิกออกไซด์ไฮเดรตหรือกรดโครมิก Himstakan ที่มา: Wikipedia Commons

กรดโครมิก H ₂ CrO ₄พบในสารละลายของโครเมียมออกไซด์ในน้ำที่เป็นกรด

ใช้กรดโครมิก

ในการเกิดออกซิเดชันของสารประกอบทางเคมี

เนื่องจากความสามารถในการออกซิไดซ์ที่รุนแรงกรดโครมิกจึงถูกนำมาใช้เพื่อออกซิไดซ์สารประกอบอินทรีย์และอนินทรีย์ได้สำเร็จ

ในบรรดาตัวอย่างนับไม่ถ้วนมีดังต่อไปนี้: จะช่วยให้การออกซิไดซ์แอลกอฮอล์หลักในการลดีไฮด์และสิ่งเหล่านี้ต่อกรดคาร์บอกซิแอลกอฮอล์รองคีโตนโทลูอีนเป็นกรดเบนโซอิก, ethylbenzene จะ acetophenone, triphenylmethane เพื่อ triphenylcarbinol กรดฟอร์มิคที่จะ CO ₂ , กรดออกซาลิกเพื่อ CO ₂ , กรดแลคติกเป็นอะซิทัลดีไฮด์และ CO ₂ , ไอออนเหล็ก Fe ²⁺ถึงเฟอร์ริกไอออน Fe ³⁺ , ไอโอไดด์ไอออนเป็นไอโอดีนเป็นต้น

ช่วยให้สามารถเปลี่ยนสารประกอบไนโตรโซเป็นสารประกอบไนโตรซัลไฟด์เป็นซัลโฟน มีส่วนเกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์คีโตนโดยเริ่มจากอัลคีนเนื่องจากมันจะออกซิไดซ์แอลคีนที่ไฮโดรโบเรตเป็นคีโตน

สารประกอบที่ทนต่อสารออกซิแดนท์ตามปกติเช่นออกซิเจน O ₂หรือไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ H ₂ O ₂ถูกออกซิไดซ์โดยกรดโครมิก นี่เป็นกรณีของ borans heterocyclic บางชนิด

ในกระบวนการอโนไดซ์โลหะ

การชุบโครเมียมด้วยกรดโครมิกเป็นการบำบัดทางเคมีไฟฟ้าที่ใช้กับอลูมิเนียมเพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชันการกัดกร่อนและการสึกหรอเป็นเวลาหลายปี

กระบวนการอโนไดซ์เกี่ยวข้องกับการก่อตัวทางเคมีไฟฟ้าของชั้นอลูมิเนียมออกไซด์หรืออลูมินาบนโลหะ จากนั้นชั้นนี้จะถูกปิดผนึกในน้ำร้อนซึ่งจะเปลี่ยนเป็นอลูมิเนียมออกไซด์ไตรไฮเดรตได้

ชั้นออกไซด์ที่ปิดผนึกมีความหนา แต่มีโครงสร้างที่อ่อนแอและไม่น่าพอใจสำหรับการยึดติดในภายหลัง อย่างไรก็ตามการเติมกรดโครมิกจำนวนเล็กน้อยลงในน้ำปิดผนึกจะพัฒนาพื้นผิวที่สามารถสร้างพันธะที่ดีได้

กรดโครมิกในน้ำปิดผนึกจะละลายโครงสร้างคล้ายเซลล์หยาบบางส่วนและทิ้งชั้นอลูมิเนียมออกไซด์บาง ๆ ที่แข็งแรงและยึดติดแน่นซึ่งกาวจะยึดเกาะและสร้างพันธะที่แข็งแรงและทนทาน

การชุบโครเมียมกรดโครมิกยังใช้กับไทเทเนียมและโลหะผสม

ในการแปลงสารเคมี

กรดโครมิกใช้ในกระบวนการเคลือบโลหะโดยการแปลงทางเคมี

ในระหว่างกระบวนการนี้โลหะจะถูกแช่ในสารละลายของกรดโครมิก สิ่งนี้ทำปฏิกิริยาและละลายพื้นผิวบางส่วนในขณะที่สะสมชั้นบาง ๆ ของสารประกอบโครเมียมเชิงซ้อนที่ทำปฏิกิริยากับโลหะฐาน

กระบวนการนี้เรียกว่าการเคลือบแปลงโครเมตหรือการชุบโครเมี่ยมแปลง

โลหะที่ต้องผ่านการชุบโครเมี่ยมโดยทั่วไปคือเหล็กประเภทต่างๆเช่นเหล็กกล้าคาร์บอนสเตนเลสและเหล็กเคลือบสังกะสีและโลหะที่ไม่ใช่เหล็กหลายชนิดเช่นโลหะผสมแมกนีเซียมโลหะผสมดีบุกโลหะผสมอลูมิเนียมทองแดง , แคดเมียมแมงกานีสและเงิน

การรักษานี้ให้ความต้านทานต่อการกัดกร่อนและความเงางามของโลหะ ยิ่ง pH ของกระบวนการสูงขึ้นความต้านทานต่อการกัดกร่อนก็จะยิ่งมากขึ้น อุณหภูมิเร่งปฏิกิริยากรด

การเคลือบสีต่างๆสามารถใช้ได้เช่นฟ้าดำทองเหลืองและใส นอกจากนี้ยังให้การยึดเกาะที่ดีขึ้นของพื้นผิวโลหะกับสีและกาว

ในพื้นผิวที่สึกกร่อนหรือเป็นหลุม

สารละลายกรดโครมิกใช้ในการเตรียมพื้นผิวของวัตถุที่ทำจากวัสดุเทอร์โมพลาสติกโพลีเมอร์เทอร์โมเซ็ตและอีลาสโตเมอร์สำหรับการเคลือบด้วยสีหรือกาวในภายหลัง

H ₂ CrO _{4 มี}ผลต่อเคมีของพื้นผิวและโครงสร้างเนื่องจากช่วยเพิ่มความหยาบ การรวมกันของ pitting และ oxidation จะเพิ่มการซึมผ่านของกาวและอาจทำให้คุณสมบัติของโพลีเมอร์เปลี่ยนแปลงไปด้วย

มันถูกนำมาใช้ในการกัดเซาะพอลิเอทิลีนความหนาแน่นต่ำแบบแยกแขนงโพลีเอทิลีนความหนาแน่นสูงเชิงเส้นและโพลีโพรพีลีน

มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมการชุบโลหะด้วยไฟฟ้าหรือการชุบด้วยไฟฟ้าเพื่อช่วยในการยึดเกาะของโลหะ - โพลีเมอร์

ในการใช้งานต่างๆ

กรดโครมิกใช้เป็นสารกันบูดไม้รวมทั้งในวัสดุแม่เหล็กและสำหรับเร่งปฏิกิริยาทางเคมี

การกู้คืนกรดโครมิก

มีหลายกระบวนการที่ใช้กรดโครมิกและสร้างกระแสหรือสิ่งตกค้างที่มีโครเมียม (III) ซึ่งไม่สามารถกำจัดได้เนื่องจากมีโครเมียม (VI) ไอออนที่เป็นพิษมากและไม่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้เนื่องจากความเข้มข้นของโครเมตไอออนต่ำมาก

การกำจัดของพวกเขาต้องการการลดสารเคมีของโครเมียมเป็นโครเมียม (III) ตามด้วยการตกตะกอนของไฮดรอกไซด์และการกรองซึ่งก่อให้เกิดค่าใช้จ่ายเพิ่มเติม

ด้วยเหตุนี้จึงมีการศึกษาวิธีการต่างๆในการลบและกู้คืนโครเมต นี่คือบางส่วนเหล่านี้

โดยใช้เรซิน

เรซินแลกเปลี่ยนไอออนถูกนำมาใช้เป็นเวลาหลายปีในการบำบัดน้ำที่ปนเปื้อนด้วยโครเมต นี่เป็นหนึ่งในวิธีการรักษาที่ได้รับการอนุมัติโดย US Environmental Protection Agency หรือ EPA (Environmental Protection Agency)

วิธีนี้ช่วยให้สามารถกู้คืนกรดโครมิกเข้มข้นได้ในขณะที่สร้างใหม่อีกครั้งจากเรซิน

เรซินสามารถแข็งแรงหรืออ่อนแอได้ ในเรซินขั้นพื้นฐานอย่างยิ่งโครที่สามารถถอดออกตั้งแต่ไอออน HCrO ₄ ^-และ Cr ₂ O ₇ ^2-มีการแลกเปลี่ยนกับไอออน OH ^-และ Cl - ในเรซินขั้นพื้นฐานอย่างอ่อนเช่นบรรดาของซัลเฟตไอออนมีการแลกเปลี่ยนกับ SO ₄ ² -

ในกรณีของเรซิน R- (OH) พื้นฐานอย่างยิ่งปฏิกิริยาโดยรวมมีดังนี้:

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

R ₂โครมันยอง₄ + 2HCrO ₄ ^- ⇔ 2RHCrO ₄ + โครมันยอง₄ ^2-

R ₂โครมันยอง₄ + HCrO ₄ ^- + H ⁺ ⇔ R ₂ Cr ₂ O ₇ + H ₂ O

สำหรับทุกโมลของ R ₂ CrO _{4 ที่}แปลงแล้วจะมีการเอา Cr (VI) หนึ่งโมลออกจากสารละลายซึ่งทำให้วิธีนี้น่าสนใจมาก

หลังจากถอดโครเมตออกแล้วเรซินจะได้รับการบำบัดด้วยสารละลายที่เป็นด่างอย่างมากเพื่อสร้างใหม่ในที่ปลอดภัย จากนั้นโครเมตจะถูกเปลี่ยนเป็นกรดโครมิกเข้มข้นเพื่อนำกลับมาใช้ใหม่

ผ่านการสร้างใหม่ทางเคมีไฟฟ้า

อีกวิธีหนึ่งคือการสร้างกรดโครมิกด้วยไฟฟ้าเคมีซึ่งเป็นทางเลือกที่สะดวกมากเช่นกัน โครเมียม (III) ถูกออกซิไดซ์แบบอะโนไดซ์เป็นโครเมียม (VI) โดยขั้นตอนนี้ วัสดุแอโนดในกรณีเหล่านี้ควรเป็นตะกั่วไดออกไซด์

การใช้จุลินทรีย์ในการทำความสะอาดน้ำทิ้งที่มีร่องรอยของกรดโครมิก

วิธีการที่ได้รับการตรวจสอบและยังอยู่ระหว่างการศึกษาคือการใช้จุลินทรีย์ที่มีอยู่ตามธรรมชาติในน้ำทิ้งบางชนิดที่ปนเปื้อนด้วยโครเมียมเฮกซะวาเลนต์ไอออนซึ่งเป็นสารละลายที่มีอยู่ในสารละลายกรดโครมิก

น้ำทิ้งเป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม ผู้เขียน: OpenClipart-Vectors ที่มา: Pixabay

นั่นคือกรณีของแบคทีเรียบางชนิดที่มีอยู่ในน้ำเสียจากการฟอกหนัง จุลินทรีย์เหล่านี้ได้รับการศึกษาและได้รับการพิจารณาแล้วว่ามีความทนทานต่อโครเมียมและยังสามารถลดโครเมียม (VI) เป็นโครเมียม (III) ซึ่งเป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อมและสิ่งมีชีวิตน้อยกว่ามาก

ด้วยเหตุนี้จึงมีการประเมินว่าสามารถใช้เป็นวิธีการที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมสำหรับการแก้ไขและการล้างสารพิษของน้ำทิ้งที่ปนเปื้อนด้วยกรดโครมิก

กรดโครมิกและอันตรายจากโครเมียมออกไซด์

CrO ₃ไม่ติดไฟ แต่สามารถทำให้การเผาไหม้ของสารอื่นรุนแรงขึ้น ปฏิกิริยาหลายอย่างอาจทำให้เกิดไฟไหม้หรือระเบิดได้

CrO ₃และสารละลายกรดโครมิกเป็นสารระคายเคืองที่มีศักยภาพต่อผิวหนัง (อาจทำให้ผิวหนังอักเสบ) ดวงตา (อาจไหม้ได้) และเยื่อเมือก (อาจทำให้หลอดลมตีบ) และอาจทำให้เกิดสิ่งที่เรียกว่า "รูโครเมียม" ในระบบทางเดินหายใจ .

สารประกอบโครเมียม (VI) เช่นกรดโครเมียมและโครเมียมออกไซด์เป็นพิษอย่างรุนแรงการกลายพันธุ์และเป็นสารก่อมะเร็งต่อสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่

อ้างอิง

1. ฝ้ายเอฟอัลเบิร์ตและวิลคินสันจอฟฟรีย์ (1980) เคมีอนินทรีย์ขั้นสูง. พิมพ์ครั้งที่สี่. John Wiley & Sons
2. หอสมุดแพทยศาสตร์แห่งชาติสหรัฐอเมริกา (2019) กรดโครมิก สืบค้นจาก: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. Wegman, RF และ Van Twisk, J. (2013). อลูมิเนียมและโลหะผสมอลูมิเนียม 2.5 กระบวนการโครมิกแอซิดอโนไดซ์ ในเทคนิคการเตรียมพื้นผิวสำหรับการยึดติด (Second Edition) กู้คืนจาก sciencedirect.com.
4. Wegman, RF และ Van Twisk, J. (2013). แมกนีเซียม. 6.4 การเตรียมโลหะผสมแมกนีเซียมและแมกนีเซียมโดยกระบวนการบำบัดกรดโครมิก ในเทคนิคการเตรียมพื้นผิวสำหรับการยึดติด (Second Edition) กู้คืนจาก sciencedirect.com.
5. Grot, W. (2554). การประยุกต์ใช้งาน 5.1.8 การสร้างกรดโครมิก ใน Fluorinated Ionomers (Second Edition) กู้คืนจาก sciencedirect.com.
6. Swift, KG และ Booker, JD (2013) กระบวนการวิศวกรรมพื้นผิว 9.7 โครเมท ในคู่มือการเลือกกระบวนการผลิต กู้คืนจาก sciencedirect.com.
7. Poulsson, AHC และคณะ (2019) เทคนิคการปรับเปลี่ยนพื้นผิวของ PEEK รวมถึงการรักษาพื้นผิวด้วยพลาสมา 11.3.2.1 การแกะสลักพื้นผิว ใน PEEK Biomaterials Handbook (Second Edition) กู้คืนจาก sciencedirect.com.
8. เวสต์ไฮเมอร์ FH (2492) กลไกของการเกิดออกซิเดชันของกรดโครมิก บทวิจารณ์ทางเคมี 1949, 45, 3, 419-451 กู้คืนจาก pubs.acs.org.
9. Tan, HKS (1999). การกำจัดกรดโครมิกโดยการแลกเปลี่ยนประจุลบ วารสารวิศวกรรมเคมีแคนาดาเล่ม 77 กุมภาพันธ์ 2542 ดึงมาจาก onlinelibrary.wiley.com
10. Kabir, MM และคณะ (2018) การแยกและการจำแนกลักษณะของโครเมียม (VI) - ลดแบคทีเรียจากน้ำทิ้งจากโรงฟอกหนังและของเสียที่เป็นของแข็ง วารสารจุลชีววิทยาและเทคโนโลยีชีวภาพโลก (2018) 34: 126 กู้คืนจาก ncbi.nlm.nih.gov