ХРОМАТ ЦИНКА: СОСТАВ, СВОЙСТВА, ПОЛУЧЕНИЕ, ПРИМЕНЕНИЕ - ХИМИЯ

Хромат цинка или хромат цинка представляет собой неорганическое соединение , состоящее из элементов Цинк (Zn), хром (Cr) и кислород (О). В нем есть ионы Zn ²⁺ и CrO ₄^2- . Его химическая формула - ZnCrO ₄ .

Термин «хромат цинка» коммерчески используется для обозначения трех соединений с различной молекулярной структурой: (a) сам хромат цинка ZnCrO ₄ , (b) основной хромат цинка ZnCrO ₄ • 4Zn (OH) ₂ и (c ) основной хромат цинка и калия 3ZnCrO ₄ • Zn (OH) ₂ • K ₂ CrO ₄ • 2H ₂ O.

Структура хромата цинка. Автор: Марилу Стеа.

Он используется в основном в красках или грунтовках, защищающих металлы от коррозии. Для этого его смешивают с красками, лаками и полимерами, которые затем наносят на поверхность металлов.

Он также используется в декоративных и защитных покрытиях, достигаемых с помощью других хроматов и кислот, покрывающих различные предметы, такие как инструменты. Он также служит для сохранения электропроводности металлических деталей.

Он используется в качестве катализатора в реакциях гидрирования (добавление водорода) в органических соединениях. Он входит в состав пигментов, ранее использовавшихся в художественных картинах.

Это вещество, вызывающее рак, потому что хромат имеет степень окисления +6.

Структура

Хромат цинка ZnCrO ₄ представляет собой соединение желтого цвета. Автор: Марилу Стеа.

Хромат цинка представляет собой ионное соединение, образованное катионом цинка Zn ²⁺ и хромат-анионом CrO ₄^2- . Последний состоит из хрома с валентностью +6 (шестивалентный хром, Cr ⁶⁺ ) и четырех атомов кислорода со степенью окисления -2.

Ион Zn ²⁺ имеет следующую электронную структуру:

1с ² , 2с ² 2п ⁶ , 3с ² 3п ⁶ 3д ¹⁰ .

Со своей стороны, шестивалентный хром имеет следующую конформацию на своих электронных орбиталях:

1с ² , 2с ² 2п ⁶ , 3с ² 3п ⁶ .

Обе структуры очень стабильны, поскольку орбитали завершены.

Номенклатура

Хромат цинка
Цинковая соль хромовой кислоты
Цинковый желтый (хотя этот термин также относится к другим соединениям, содержащим ZnCrO ₄ ).

свойства

Физическое состояние

Лимонно-желтое или желтое кристаллическое вещество. Кристаллы в виде призм.

Молекулярный вес

181,4 г / моль

Температура плавления

316 ºC

плотность

3,40 г / см ³

Растворимость

Слабо растворим в воде: 3,08 г / 100 г H ₂ O. Легко растворяется в кислотах и в жидком аммиаке. Нерастворим в ацетоне.

pH

По некоторым данным, его водные растворы кислые.

Химические свойства

Это сильно окисляющее соединение, поэтому оно может реагировать с восстановителями с выделением тепла. Среди веществ, с которыми он может реагировать, есть органические, такие как цианиды, сложные эфиры и тиоцианаты. Он также может разъедать некоторые металлы.

В водном растворе хромат-ион находится в различных равновесных состояниях в зависимости от pH и образует различные частицы.

Хроматообразующие виды

При pH выше 6 присутствует хромат-ион CrO ₄^2- (желтого цвета); между pH 2 и pH 6 ион HCrO ₄^- и дихромат Cr ₂ O ₇^2- (оранжево-красный цвет) находятся в равновесии ; при pH ниже 1 основным видом является H ₂ CrO ₄ .

Когда к этим водным растворам добавляют катион цинка (II), ZnCrO ₄ выпадает в осадок .

Остатки таковы:

HCrO ₄^- ⇔ CrO ₄^2- + H ⁺

H ₂ CrO ₄ ⇔ HCrO ₄^- + H ⁺

Cr ₂ O ₇^2- + H ₂ O ⇔ 2 HCrO ₄^-

В базовой среде происходит следующее:

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

HCrO ₄^- + OH ^- ⇔ CrO ₄^2- + H ₂ O

ZnCrO ₄ не реагирует быстро с воздухом или водой.

получение

Его можно получить реакцией водного осадка оксида или гидроксида цинка с растворенной солью хромата и последующей нейтрализацией.

В промышленности используется процесс Cronak, при котором металлический цинк погружается в раствор дихромата натрия (Na ₂ Cr ₂ O ₇ ) и серной кислоты (H ₂ SO ₄ ).

Его также можно приготовить путем осаждения его из растворов, в которых есть растворенные соли цинка и хромата:

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

Приложения

В металлической защите

В металлургической промышленности он используется в основном в базовых красках (предварительная окраска или начальное покрытие), наносимых на металлы, которым он обеспечивает устойчивость к коррозии.

Он используется в качестве пигмента в лакокрасочных материалах, вставляется в матрицу из органического полимера.

Этот тип краски наносится на трубопроводы, нефтяные танкеры, стальные конструкции, такие как мосты, опоры электропередач и автомобильные детали, для предотвращения коррозии.

Металлические конструкции мостов перед окончательной окраской окрашиваются хроматом цинка для защиты от коррозии. Автор: オギクボマンサク. Источник: Pixabay.

пассивация

Также установлено, что он защищает металлические детали с цинковым покрытием, пассивированные с использованием хроматов щелочных металлов. Пассивация заключается в потере химической активности при определенных условиях окружающей среды.

Эти покрытия также служат декоративной отделкой и сохраняют электропроводность. Их обычно наносят на предметы повседневного обихода, например, инструменты, и их можно узнать по желтому цвету.

Некоторые инструменты покрыты хроматом цинка. Автор: Дук. Источник: Wikimedia Commons.

Как это работает

Некоторые исследователи обнаружили, что защита хромата цинка от коррозии металлов может быть связана с тем, что он подавляет рост грибков. Таким образом предотвращается разрушение антикоррозионного лакокрасочного покрытия.

Другие исследования показывают, что антикоррозионный эффект может быть связан с тем, что соединение ускоряет образование защитных оксидов на металлах.

Антикоррозионная грунтовка на основе хромата цинка для защиты металлических поверхностей. 水水 / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Источник: Wikimedia Commons.

В катализе реакций

Это соединение использовалось в качестве катализатора в различных химических реакциях, таких как гидрирование монооксида углерода (CO) для получения метанола (CH ₃ OH).

Сложные эфиры можно превратить в первичные спирты путем гидрирования, используя это соединение для ускорения реакции.

По мнению некоторых исследователей, его каталитическое действие связано с тем, что твердое вещество не имеет стехиометрической структуры, то есть отклоняется от своей формулы ZnCrO _4, а скорее:

Zn _1-x Cr _2-x O ₄

Это означает, что в структуре есть дефекты, которые энергетически способствуют катализу.

Другие приложения

Он содержится в некоторых масляных красителях, используется для печати, является средством для обработки поверхностей, применяется в напольных покрытиях и является реагентом в химических лабораториях.

Прекращенное использование

С 1940-х годов производное ZnCrO ₄ , хромат цинка и меди, используется в качестве фунгицида для листвы растений картофеля.

Картофельные растения. Автор: Дирк (Beeki®) Шумахер. Источник: Pixabay.

С тех пор от этого использования отказались из-за токсичности и вредного воздействия соединения.

В художественных картинах XIX века было обнаружено присутствие сложной соли хромата цинка, 4ZnCrO ₄ • K ₂ O • 3H ₂ O (гидратированный хромат цинка и калия), которая представляет собой желтый пигмент, называемый лимонно-желтым.

риски

Хотя он не горюч, при нагревании выделяет токсичные газы. Может взорваться при контакте с восстановителями или органическими материалами.

Пыль раздражает глаза и кожу, вызывая аллергическую реакцию. Вдыхание вызывает раздражение носа и горла. Поражает легкие, вызывает одышку, бронхит, пневмонию и астму.

Его прием внутрь влияет на пищеварительный тракт, печень, почки, центральную нервную систему, вызывает нарушение кровообращения и повреждает иммунную систему.

Генератор рака

Это подтвержденный канцероген, увеличивает риск рака легких и носовой полости. Он токсичен для клеток (цитотоксичен), а также повреждает хромосомы (генотоксичен).

Хромат цинка вызывает рак легких и дыхательных путей. Автор: OpenClipart-Vectors. Источник: Pixabay.

Было установлено, что токсичность и канцерогенность этого соединения в основном вызваны действием хрома в степени окисления +6. Однако присутствие цинка делает продукт нерастворимым, а также влияет на наносимый им ущерб.

Воздействие на окружающую среду

Он очень токсичен для животных и водных организмов, вызывая вредные последствия, которые сохраняются со временем. Это химическое вещество может биоаккумулироваться по всей пищевой цепочке.

По всем этим причинам процессы с участием хроматов (шестивалентного хрома) регулируются всемирными организациями здравоохранения и заменяются альтернативными методами без этого иона.

Ссылки

Национальная медицинская библиотека США. (2019). Хромат цинка. Получено с pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
Лиде, Д.Р. (редактор) (2003). CRC Справочник по химии и физике. 85- ^е издание CRC Press.
Xie, H. et al. (2009). Хромат цинка вызывает нестабильность хромосом и двойные разрывы ДНК в клетках легких человека. Toxicol Appl Pharmacol 2009, 1 февраля; 234 (3): 293-299. Восстановлено с ncbi.nlm.nih.gov.
Джексон, Р.А. и др. (1991). Каталитическая активность и дефектная структура хромата цинка. Catal Lett 8, 385-389 (1991). Восстановлено с link.springer.com.
Яхалом, Дж. (2001). Методы защиты от коррозии. В энциклопедии материалов: наука и техника. Восстановлено с sciencedirect.com.
Незнакомец-Йоханнесен, М. (1988). Антимикробное действие пигментов в антикоррозионных красках. В Houghton DR, Eggins, HOW (eds) Biodeterioration 7. Получено с link.springer.com.
Барретт, AGM (1991). Снижение. В комплексном органическом синтезе. Восстановлено с sciencedirect.com.
Thurston, HW et al. (1948). Хроматы как фунгициды картофеля. Американский картофельный журнал 25, 406-409 (1948). Восстановлено с link.springer.com.
Линч, РФ (2001). Цинк: легирование, термохимическая обработка, свойства и применение. В энциклопедии материалов: наука и техника. Восстановлено с sciencedirect.com.
Рамеш Кумар, А.В. и Нигам, Р.К. (1998). Мёссбауэровское спектроскопическое исследование продуктов коррозии под грунтовочным покрытием, содержащим антикоррозионные пигменты. J. Radioanal Nucl Chem. 227, 3-7 (1998). Восстановлено с link.springer.com.
Отеро, В. и др. (2017). Барий, цинк и стронций желтые на масляных картинах конца XIX - начала XX века. Herit Sci 5, 46 (2017). Получено с сайта heritagesciencejournal.springeropen.com.
Коттон, Ф. Альберт и Уилкинсон, Джеффри. (1980). Продвинутая неорганическая химия. Четвертое издание. Джон Вили и сыновья.
Википедия (2020). Хромат цинка. Восстановлено с en.wikipedia.org.
Википедия (2020). Хроматное конверсионное покрытие. Восстановлено с en.wikipedia.org.

ХРОМАТ ЦИНКА: СОСТАВ, СВОЙСТВА, ПОЛУЧЕНИЕ, ПРИМЕНЕНИЕ - ХИМИЯ - 2026