Ácido crômico: estrutura, propriedades, obtenção, usos

O ácido crómico ou H 2 CrO 4 é teoricamente o ácido associado com óxido de crómio (VI) ou crómia CrO 3 . Esta designação se deve ao fato de que nas soluções aquosas ácidas de óxido crômico a espécie H 2 CrO 4 está presente junto com outras espécies de cromo (VI).

O óxido crômico CrO 3 também é chamado de ácido crômico anidro. CrO 3 é um sólido marrom-avermelhado ou roxo obtido por tratamento de soluções de dicromato de potássio K 2 Cr 2 O 7 com ácido sulfúrico H 2 SO 4 .

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CrO 3 cristais de óxido crômico em um cadinho. Rando Tuvikene [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)]. Fonte: Wikipedia Commons.

As soluções aquosas de óxido crômico sofrem um equilíbrio de certas espécies químicas cuja concentração depende do pH da solução. Um pH básico predominam cromato iões CrO 4 2- , ao passo que a pH ácido predominam iões HCrO 4 e dicromato de Cr 2 O 7 2- . Estima-se que o ácido crômico H 2 CrO 4 também esteja presente em pH ácido .

Devido ao seu grande poder oxidante, as soluções de ácido crômico são usadas na química orgânica para efetuar reações de oxidação. Eles 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 seres humanos e para a maioria dos animais e para o meio ambiente. Por esse motivo, resíduos líquidos ou sólidos de processos nos quais o ácido crômico é usado são tratados para remover resíduos de cromo (VI) ou recuperar todo o cromo presente e regenerar o ácido crômico para reutilizá-lo.

Estrutura

A molécula de ácido crômico H 2 CrO 4 é formada por um íon CrO 4 2- cromato e dois íons H + hidrogênio ligados a ele. No íon cromato, o elemento Chrome 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 próximos a um oxigênio. Das quatro ligações de cromo com átomos de oxigênio, duas são duplas e duas são simples, pois possuem o hidrogênio ligado a elas.

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Estrutura do ácido crômico H 2 CrO 4, onde é observada a forma tetraédrica do cromato e suas ligações duplas. NEUROtiker [Domínio público]. Fonte: Wikipedia Commons.

Por outro lado, o óxido crômico CrO 3 possui um átomo de cromo em um estado de oxidação +6 cercado por apenas três átomos de oxigênio.

Nomenclatura

– Ácido crômico H 2 CrO 4

– Ácido tetraxoxocrômico H 2 CrO 4

– Óxido crômico (ácido crômico anidro) CrO 3

– Trióxido de crómio (ácido crómico anidro) CrO 3

Propriedades

Estado físico

O ácido crômico anidro ou o óxido crômico é um sólido cristalino do roxo ao vermelho

Peso molecular

CrO 3 : 118,01 g / mol

Ponto de fusão

CrO 3 : 196 ° C

Acima de seu ponto de fusão, é termicamente instável, perde oxigênio (é reduzido) para fornecer óxido de cromo (III) Cr 2 O 3 . Decompõe-se a aproximadamente 250 ° C.

Densidade

CrO 3 : 1,67-2,82 g / cm 3

Solubilidade

CrO 3 é muito solúvel em água: 169 g / 100 g de água a 25 ° C.

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

Outras propriedades

A CrO 3 é muito higroscópica, seus cristais são deliquescentes.

Quando a CrO 3 se dissolve na água, forma soluções fortemente ácidas.

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

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

Química de soluções aquosas em que o ácido crômico está presente

O óxido crômico CrO 3 se dissolve 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) assume a forma de CrO 4 2 íon cromato amarelo.

Se o pH (1 <pH <6,5) de crómio (VI) é principalmente ião diminui HCrO 4 , que podem dimerizar com dicromato de iões Cr 2 O 7 2- , e a solução torna-se cor de laranja. Com pH entre 2,5 e 5,5, as espécies predominantes são HCrO 4 e Cr 2 O 7 2- .

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Estrutura do íon dicromato Cr 2 O 7 2-, próximo a dois íons Na + . Capaccio [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]. Fonte: Wikipedia Commons.

Os saldos que ocorrem nessas soluções à medida que o pH cai são os seguintes:

CrO 4 2- (íon cromato) + H + ⇔ HCrO 4

HCrO 4 + H + ⇔ H 2 CrO 4 (ácido crômico)

2HCrO 4 ⇔ Cr 2 O 7 2- (dicromato de iões) + H 2 O

Esses saldos ocorrem apenas se o ácido adicionado para diminuir o pH for HNO 3 ou HClO 4 , pois 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.

Obtenção

Segundo as fontes consultadas, uma das maneiras de obter o óxido crômico de CrO 3 é adicionar ácido sulfúrico a uma solução aquosa de dicromato de sódio ou potássio, formando um precipitado vermelho-alaranjado.

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Óxido crômico hidratado ou ácido crômico. Himstakan [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)]. Fonte: Wikipedia Commons.

O ácido crômico H 2 CrO 4 é encontrado em soluções aquosas de óxido crômico em meio ácido.

Usos de ácido crômico

Na oxidação de compostos químicos

Devido à sua capacidade fortemente oxidante, o ácido crômico é utilizado há muito tempo e 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 a cetonas, tolueno em ácido benzóico, etilbenzeno em acetofenona, trifenilmetano em trifenilcarbinol, ácido fórmico em CO 2 , ácido oxálico em CO 2 , ácido lático para acetaldeído e CO 2 , íons ferrosos Fe 2+ para íons férricos Fe 3+ , íons iodeto para iodo, etc.

Permite a conversão de compostos nitroso em compostos nitro, sulfetos em sulfonas. Está envolvido na síntese de cetonas à base de alcenos, pois oxida alcenos hidrogenados em cetonas.

Muito resistentes aos compostos oxidantes habituais, tais como o oxigénio ó 2 ou peróxido de hidrogénio H 2 O 2 , são oxidados por ácido crómico. É o caso de certos boranos heterocíclicos.

Nos processos de anodização de metais

A anodização com ácido crômico é um tratamento eletroquímico aplicado ao alumínio para protegê-lo por muitos anos de 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, pelo que é alcançada a conversão em tri-hidrato de óxido de alumínio.

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

O ácido crômico na água de vedação dissolve parte da estrutura espessa semelhante a uma célula e deixa uma camada fina, forte e firme de óxido de alumínio, na qual os adesivos se unem e formam ligações fortes e duráveis.

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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 submersos em soluções de ácido crômico. Isso reage e dissolve parcialmente a superfície enquanto deposita uma fina camada de compostos complexos de cromo que interagem com o metal base.

Esse processo é chamado de revestimento de conversão de cromato ou cromato de conversão.

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

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

Revestimentos de várias cores podem ser aplicados, como azul, preto, dourado, amarelo e transparente. Também proporciona melhor aderência da superfície do metal a tintas e adesivos.

Em superfícies corroídas ou cortadas

Soluções de ácido crômico são usadas na preparação da superfície de material termoplástico, polímeros termoendurecíveis e elastômeros para revestimento subsequente com tintas ou adesivos.

O H 2 CrO 4 atinge um efeito sobre a química da superfície e sua estrutura, pois ajuda a aumentar sua rugosidade. A combinação de corrosão e oxidação aumenta a penetração de adesivos e pode até causar alterações nas propriedades do polímero.

Foi utilizado para erodir polietileno ramificado de baixa densidade, polietileno linear de alta densidade e polipropileno.

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

Em vários usos

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

Recuperação de ácido crômico

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

Seu arranjo requer a redução química de cromatos em cromo (III), seguida de precipitação de hidróxido e filtração, o que gera custos adicionais.

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

Através do uso de resinas

As resinas de troca iônica são usadas há muitos anos para tratar a água contaminada com cromatos. Este é um dos tratamentos aprovados pela US Environmental Protection Agency, ou EPA (sigla para Environmental Protection Agency ).

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 HCrO 4 e Cr 2 O 7 2- são trocados pelos íons OH e Cl . Em resinas fracamente básicas, por exemplo resinas sulfato, os íons são trocados com SO 4 2 .

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

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

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

R 2 CrO 4 + HCrO 4 + H + ⇔ R 2 Cr 2 O 7 + H 2 O

Para cada mole de R2 2 CrO 4 convertido, um mole de Cr (VI) é removido da solução, o que torna este método muito atraente.

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Após a remoção dos cromatos, a resina é tratada com uma solução fortemente alcalina para regenerá-los em um 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. Através deste procedimento, o cromo (III) é oxidado anodicamente em cromo (VI). O material ânodo nesses casos é preferencialmente dióxido de chumbo.

Uso de microrganismos para higienizar efluentes com traços de ácido crômico

Um método que foi investigado e ainda está em estudo é o uso de microrganismos naturalmente presentes em certos efluentes contaminados com íons hexavalentes de cromo contidos em soluções de ácido crômico.

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Efluentes nocivos ao meio ambiente. Autor: OpenClipart-Vectors. Fonte: Pixabay

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

Por esse motivo, estima-se que eles possam ser utilizados como um método ecológico para a remediação e desintoxicação de efluentes contaminados com resíduos de ácido crômico.

Riscos de ácido crômico e óxido crômico

O CrO 3 não é combustível, mas pode intensificar a combustão de outras substâncias. Muitas de suas reações podem causar incêndio ou explosão.

As soluções de CrO 3 e ácido crômico são irritantes potentes da pele (podem causar dermatite), olhos (podem queimar) e membranas mucosas (podem causar broncoasma) e podem causar as chamadas “lacunas de cromo” no sistema respiratório .

Os compostos de cromo (VI), como o ácido crômico e o óxido crômico, são severamente tóxicos, mutagênicos e cancerígenos para a maioria dos seres vivos.

Referências

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