CHROMIAN CYNKU: BUDOWA, WŁAŚCIWOŚCI, OTRZYMYWANIE, ZASTOSOWANIA - CHEMIA - 2025

Chromianu cynku lub chromianu cynku jest nieorganiczny związek zawierający elementy cynku (Zn), chrom (Cr) i tlen (O). Zawiera jony Zn ²⁺ i CrO ₄ ^2- . Jego wzór chemiczny to ZnCrO ₄ .

Termin „chromian cynku” komercyjnie służy do oznaczania trzech związków o różnej strukturze cząsteczkowej: (a) sam chromian cynku ZnCrO ₄ , (b) podstawowy chromian cynku ZnCrO ₄ • 4Zn (OH) ₂ oraz (c ) zasadowy chromian cynku i potasu 3ZnCrO ₄ • Zn (OH) ₂ • K ₂ CrO ₄ • 2H ₂ O.

Struktura chromianu cynku. Autor: Marilú Stea.

Stosowany jest głównie w farbach lub podkładach zabezpieczających metale przed korozją. W tym celu miesza się go z farbami, lakierami i polimerami, które następnie nakłada się na powierzchnię metali.

Znajduje również zastosowanie w dekoracyjnych i ochronnych wykończeniach uzyskiwanych za pomocą innych chromianów i kwasów pokrywających różne przedmioty, np. Narzędzia. Służy również do zachowania przewodności elektrycznej części metalowych.

Stosowany jest jako katalizator w reakcjach uwodornienia (dodanie wodoru) w związkach organicznych. Jest częścią pigmentów stosowanych wcześniej w malarstwie artystycznym.

Jest to materiał powodujący raka, a to dlatego, że chromian zawiera chrom na +6 stopniu utlenienia.

Struktura

Cynk Chromian ZnCrO ₄ to żółty związek. Autor: Marilú Stea.

Chromian cynku jest związkiem jonowym utworzonym przez kation cynku Zn ²⁺ i anion chromianowy CrO ₄ ^2- . Ten ostatni składa się z chromu o wartościowości +6 (chrom sześciowartościowy, Cr ⁶⁺ ) i czterech atomów tlenu o stopniu utlenienia -2.

Jon Zn ²⁺ ma następującą strukturę elektronową:

1s ² , 2s ² 2p ⁶ , 3s ² 3p ⁶ 3d ¹⁰ .

Ze swojej strony sześciowartościowy chrom ma następującą konformację w swoich orbitali elektronicznych:

1s ² , 2s ² 2p ⁶ , 3s ² 3p ⁶ .

Obie struktury są bardzo stabilne, ponieważ orbitale są kompletne.

Nomenklatura

• Chromian cynku
• Sól cynkowa kwasu chromowego
• Żółty cynkowy (chociaż ten termin odnosi się również do innych związków zawierających ZnCrO ₄ ).

Nieruchomości

Stan fizyczny

Cytrynowożółta lub żółta krystaliczna substancja stała. Kryształy w formie pryzmatów.

Waga molekularna

181,4 g / mol

Temperatura topnienia

316 ºC

Gęstość

3,40 g / cm ³

Rozpuszczalność

Słabo rozpuszczalny w wodzie: 3,08 g / 100 g H ₂ O. Łatwo rozpuszcza się w kwasach i ciekłym amoniaku. Nierozpuszczalny w acetonie.

pH

Według niektórych źródeł jego wodne roztwory są kwaśne.

Właściwości chemiczne

Jest związkiem silnie utleniającym, więc może reagować z czynnikami redukującymi, wytwarzając ciepło. Wśród substancji, z którymi może reagować, są substancje organiczne, takie jak cyjanki, estry i tiocyjaniany. Może również atakować niektóre metale.

W roztworze wodnym jon chromianowy wykazuje różne równowagi w zależności od pH i tworzy różne rodzaje.

Gatunki tworzące chromiany

Powyżej pH 6 obecny jest jon chromianowy CrO ₄ ^2- (żółty); pomiędzy pH 2 a pH 6 jon HCrO ₄ ^- i dichromian Cr ₂ O ₇ ^2- (koloru pomarańczowo-czerwonego) są w równowadze ; przy pH niższym niż 1 głównym gatunkiem jest H ₂ CrO ₄ .

W przypadku cynku (II), kationu dodaje się do tych roztworów wodnych ZnCrO ₄ wytrąca się .

Salda są następujące:

HCrO ₄ ^- ⇔ CrO ₄ ^2- + H ⁺

H ₂ CrO ₄ ⇔ HCrO ₄ ^- + H ⁺

Cr ₂ O ₇ ^2- + H ₂ O ⇔ 2 HCrO ₄ ^-

W podstawowym medium zachodzi:

Cr ₂ O ₇ ^2- + OH ^- ⇔ HCrO ₄ ^- + CrO ₄ ^2-

HCrO ₄ ^- + OH ^- ⇔ CrO ₄ ^2- + H ₂ O

ZnCrO ₄ nie reaguje gwałtownie z powietrzem ani wodą.

Otrzymywanie

Można go wytworzyć w reakcji wodnego szlamu tlenku cynku lub wodorotlenku z rozpuszczoną solą chromianową, a następnie zobojętnienia.

W przemyśle stosuje się proces Cronaka, w którym cynk metaliczny zanurza się w roztworze dichromianu sodu (Na ₂ Cr ₂ O ₇ ) i kwasu siarkowego (H ₂ SO ₄ ).

Można go również przygotować wytrącając go z roztworów, w których znajdują się rozpuszczone sole cynku i chromianu:

K ₂ CrO ₄ + ZnSO ₄ → ZnCrO ₄ ↓ + K ₂ SO ₄

Aplikacje

W ochronie metalu

W przemyśle metalurgicznym stosowany jest głównie w farbach podkładowych (farba przygotowawcza lub powłoka wstępna) nakładanych na metale, którym zapewnia odporność na korozję.

Stosowany jest jako pigment w farbach i lakierach, wprowadzany do matrycy organicznego polimeru.

Ten rodzaj farby jest nakładany na rurociągi, tankowce, konstrukcje stalowe, takie jak mosty, wieże napędowe i części samochodowe w celu zahamowania korozji.

Konstrukcje stalowe mostów przed ostatecznym malowaniem maluje się podkładem z chromianu cynku, aby zabezpieczyć je przed korozją. Autor: オ ギ ク ボ マ ン サ ク. Źródło: Pixabay.

Pasywacja

Stwierdzono również, że chroni elementy metalowe pokryte cynkiem, które zostały pasywowane przy użyciu chromianów metali alkalicznych. Pasywacja polega na utracie reaktywności chemicznej w określonych warunkach środowiskowych.

Powłoki te służą również jako wykończenie dekoracyjne i zachowują przewodność elektryczną. Są powszechnie stosowane do przedmiotów codziennego użytku, takich jak narzędzia i można je rozpoznać po żółtym kolorze.

Niektóre narzędzia są pokryte chromianem cynku. Autor: Duk. Źródło: Wikimedia Commons.

Jak to działa

Niektórzy badacze odkryli, że ochrona chromianu cynku przed korozją metali może wynikać z faktu, że hamuje on wzrost grzybów. W ten sposób zapobiega niszczeniu antykorozyjnej powłoki malarskiej.

Inne badania wskazują, że działanie antykorozyjne może wynikać z faktu, że związek przyspiesza tworzenie się ochronnych tlenków na metalach.

Antykorozyjny podkład na bazie chromianu cynku do ochrony powierzchni metalowych. 水水 / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Źródło: Wikimedia Commons.

W katalizie reakcji

Związek ten stosuje się jako katalizator w różnych reakcjach chemicznych, takich jak uwodornienie tlenku węgla (CO) w celu uzyskania metanolu (CH ₃ OH).

Estry można przekształcić w pierwszorzędowe alkohole przez uwodornienie, przy użyciu tego związku do przyspieszenia reakcji.

Zdaniem niektórych badaczy jego katalityczne działanie wynika z faktu, że ciało stałe nie posiada struktury stechiometrycznej, czyli odbiega od swojego wzoru ZnCrO ₄ i jest raczej:

Zn _1-x Cr _2-x O ₄

Oznacza to, że istnieją wady struktury, które energetycznie sprzyjają katalizie.

Inne aplikacje

Występuje w niektórych tłustych barwnikach, służy do druku, jest środkiem do obróbki powierzchni, stosowany jest do wykładzin podłogowych oraz jest odczynnikiem w laboratoriach chemicznych.

Przerwane zastosowania

Od lat czterdziestych XX wieku pochodna ZnCrO ₄ , chromian cynku i miedzi, jest stosowana jako dolistny środek grzybobójczy w uprawach ziemniaków.

Rośliny ziemniaka. Autor: Dirk (Beeki®) Schumacher. Źródło: Pixabay.

Od tego czasu zaniechano tego zastosowania ze względu na toksyczność i szkodliwe działanie związku.

W malarstwie artystycznym z XIX wieku stwierdzono obecność złożonej soli chromianowej cynku 4ZnCrO ₄ • K ₂ O • 3H ₂ O (uwodniony cynk i chromian potasu), która jest żółtym barwnikiem o nazwie Lemon Yellow.

Ryzyka

Chociaż nie jest palny, po podgrzaniu wydziela toksyczne gazy. Może wybuchnąć w kontakcie z czynnikami redukującymi lub materiałami organicznymi.

Pył podrażnia oczy i skórę, powodując reakcję alergiczną. Wdychanie powoduje podrażnienie nosa i gardła. Wpływa na płuca, powoduje duszność, zapalenie oskrzeli, zapalenie płuc i astmę.

Jej spożycie wpływa na przewód pokarmowy, wątrobę, nerki, ośrodkowy układ nerwowy, powoduje zapaść krążeniową i uszkadza układ odpornościowy.

Generator raka

Jest potwierdzonym czynnikiem rakotwórczym, zwiększa ryzyko raka płuc i jamy nosowej. Jest toksyczny dla komórek (cytotoksyczny), a także uszkadza chromosomy (genotoksyczny).

Chromian cynku powoduje raka płuc i układu oddechowego. Autor: OpenClipart -ectors. Źródło: Pixabay.

Stwierdzono, że toksyczność i rakotwórczość tego związku jest spowodowana głównie działaniem chromu na +6 stopniu utlenienia. Jednak obecność cynku powoduje nierozpuszczalność produktu, a to również wpływa na powodowane przez niego uszkodzenia.

Skutki dla środowiska

Jest bardzo toksyczny dla zwierząt i organizmów wodnych, powodując szkodliwe skutki, które utrzymują się przez długi czas. Ta substancja chemiczna może ulegać bioakumulacji w całym łańcuchu pokarmowym.

Z tych wszystkich powodów procesy z udziałem chromianów (sześciowartościowego chromu) są regulowane przez światowe organizacje zdrowia i zastępowane alternatywnymi technikami bez tego jonu.

Bibliografia

1. Amerykańska Narodowa Biblioteka Medyczna. (2019). Chromian cynku. Odzyskany z pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
2. Lide, DR (redaktor) (2003). Podręcznik chemii i fizyki CRC. 85 ^th CRC Press.
3. Xie, H. i in. (2009). Chromian cynku indukuje niestabilność chromosomów i pękanie podwójnych nici DNA w ludzkich komórkach płuc. Toxicol Appl Pharmacol 2009, 1 lutego; 234 (3): 293-299. Odzyskany z ncbi.nlm.nih.gov.
4. Jackson, RA i in. (1991). Aktywność katalityczna i struktura defektu chromianu cynku. Catal Lett 8,385-389 (1991). Odzyskany z link.springer.com.
5. Yahalom, J. (2001). Metody ochrony przed korozją. W Encyklopedii materiałów: nauka i technologia. Odzyskany z sciencedirect.com.
6. Stranger-Johannessen, M. (1988). Działanie przeciwbakteryjne pigmentów w farbach antykorozyjnych. W Houghton DR, Eggins, HOW (red.) Biodeterioration 7. Odzyskane z link.springer.com.
7. Barrett, AGM (1991). Zmniejszenie. W kompleksowej syntezie organicznej. Odzyskany z sciencedirect.com.
8. Thurston, HW i in. (1948). Chromiany jako fungicydy ziemniaczane. American Potato Journal 25, 406-409 (1948). Odzyskany z link.springer.com.
9. Lynch, RF (2001). Cynk: stopowanie, obróbka termochemiczna, właściwości i zastosowania. W Encyklopedii materiałów: nauka i technologia. Odzyskany z sciencedirect.com.
10. Ramesh Kumar, AV i Nigam, RK (1998). Badanie metodą spektroskopii Mössbauera produktów korozji pod powłoką podkładową zawierającą pigmenty antykorozyjne. J Radioanal Nucl Chem 227, 3-7 (1998). Odzyskany z link.springer.com.
11. Otero, V. i in. (2017). Żółcie barowe, cynkowe i strontowe na obrazach olejnych końca XIX i początku XX wieku. Herit Sci 5, 46 (2017). Odzyskany z heritagesciencejournal.springeropen.com.
12. Cotton, F. Albert i Wilkinson, Geoffrey. (1980). Zaawansowana chemia nieorganiczna. Czwarta edycja. John Wiley & Sons.
13. Wikipedia (2020). Chromian cynku. Odzyskany z en.wikipedia.org.
14. Wikipedia (2020). Chromianowa powłoka konwersyjna. Odzyskany z en.wikipedia.org.