Ácido crômico: estrutura, propriedades, produção, usos - Ciência - 2023

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o ácido crômico ou H₂CrO₄ é teoricamente o ácido associado ao óxido de cromo (VI) ou óxido crômico CrO₃. Este nome se deve ao fato de que em soluções aquosas ácidas de óxido crômico a espécie H₂CrO₄ 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 K₂Cr₂OU₇ com ácido sulfúrico H₂SW₄.

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 predominam₄^2-, enquanto em pH ácido os íons HCrO predominam₄^– e dicromato de Cr₂OU₇^2-. Estima-se que em pH ácido o ácido crômico H também está presente₂CrO₄.

Devido ao seu grande poder oxidante, as soluções de ácido crômico são utilizadas na química orgânica para realizar reações de oxidação. Também são usados em processos eletroquímicos para tratar metais para que adquiram resistência 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.

Estrutura

Molécula de ácido crômico H₂CrO₄ é formado por um íon cromato CrO₄^2- e dois íons de hidrogênio H⁺ apegado a ele. 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 o oxigênio ocupa 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 H₂CrO₄

- Ácido tetraoxocrômico H₂CrO₄

- 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) Cr₂OU₃. Ele se decompõe a aproximadamente 250ºC.

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 na 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 da forma CrO₄²^– amarelo.

Se o pH for reduzido (1 <pH <6,5), o cromo (VI) forma principalmente o íon HCrO₄^– , que pode dimerizar em íon dicromato de Cr₂OU₇^2-, e a solução fica laranja. Em pH entre 2,5 e 5,5 as espécies predominantes são HCrO₄^– e CR₂OU₇^2-.

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

CrO₄^2- (íon cromato) + H⁺ ⇔ HCrO₄^–

HCrO₄^– + H⁺ ⇔ H₂CrO₄ (ácido crômico)

2HCrO₄^– ⇔ Cr₂OU₇^2- (íon dicromato) + H₂OU

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 fontes consultadas, uma das formas de se obter óxido crômico CrO₃Consiste em adicionar ácido sulfúrico a uma solução aquosa de dicromato de sódio ou potássio, formando um precipitado vermelho-laranja.

Ácido crômico H₂CrO₄ 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 CO₂, ácido oxálico para CO₂, ácido láctico para acetaldeído e CO₂, íon ferroso Fe²⁺ para íon férrico Fe³⁺, íon iodeto em iodo, etc.

Permite a conversão de nitroso-compostos em nitro-compostos, sulfetos 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 O₂ ou peróxido de hidrogênio H₂OU₂, 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, adicionar 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 grosseira 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 de 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 geralmente são submetidos 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 oferece resistência à corrosão e brilho ao metal. Quanto maior o pH do processo, maior 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 proporciona melhor aderência da superfície metálica a tintas e adesivos.

Em superfícies erodidas ou esburacadas

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

O H₂CrO₄ tem efeito sobre a química da superfície e sua estrutura, pois ajuda a aumentar 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 têm íons cromo (VI) que são muito tóxicos, nem podem ser reutilizados porque a concentração de íons cromato é muito baixa.

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 para remover e recuperar cromatos foram estudados. Aqui estão alguns deles.

Usando resinas

As resinas de troca iônica são utilizadas há muitos anos para o tratamento de água contaminada com cromatos. Este é um dos tratamentos aprovados pela Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos, 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 CR₂OU₇^2- são trocados com íons OH^– e Cl^–. Em resinas fracamente básicas, por exemplo resinas de sulfato, os íons são trocados com SO₄²^–.

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

2ROH + HCrO₄^– + H⁺ ⇔ R₂CrO₄ + 2H₂OU

R₂CrO₄ + 2HCrO₄^– ⇔ 2RHCrO₄ + CrO₄^2-

R₂CrO₄ + HCrO₄^– + H⁺ ⇔ R₂Cr₂OU₇ + H₂OU

Para cada mole de R₂CrO₄ 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. Os cromatos são então 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 este processo, o cromo (III) é anodicamente oxidado em cromo (VI). O material do ânodo nestes casos é preferencialmente dióxido de chumbo.

Uso de microorganismos para limpar efluentes com traços de ácido crômico

Um método que vem sendo investigado e ainda em estudo é a utilização de microrganismos naturalmente presentes em certos 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 (podem causar dermatite), olhos (podem queimar) e membranas mucosas (podem 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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