ХРОМАТ ЦИНКУ: СТРУКТУРА, ВЛАСТИВОСТІ, ОТРИМАННЯ, ВИКОРИСТАННЯ - ХІМІЯ

Хромат цинку або хромат цинку являє собою неорганічну сполуку , що складається з елементів Цинк (Zn), хром (Cr) і кисень (О). У ньому є іони Zn ²⁺ та CrO ₄^2- . Його хімічна формула - ZnCrO ₄ .

Термін "цинковий хромат" комерційно служить для позначення трьох сполук з різною молекулярною структурою: (a) сам хромат хрому ZnCrO ₄ , (b) основний хромат цинку ZnCrO ₄ • 4Zn (OH) ₂ , і (c ) основний хромат цинку та калію 3ZnCrO ₄ • Zn (OH) ₂ • K ₂ CrO ₄ • 2H ₂ O.

Структура хромату цинку. Автор: Marilú Stea.

Застосовується переважно в фарбах або ґрунтовках, які захищають метали від корозії. Для цього її змішують з фарбами, лаками та полімерами, які потім наносять на поверхню металів.

Він також використовується в декоративних та захисних оздобленнях, досягнутих за допомогою інших хроматів та кислот, що покривають різні предмети, такі як інструменти. Він також служить для збереження електропровідності металевих деталей.

Застосовується як каталізатор у реакціях гідрування (додавання водню) в органічні сполуки. Він входить до складу пігментів, які раніше використовувались у художніх картинах.

Це матеріал, який викликає рак, і це тому, що хромат має хром у стані окислення +6.

Будова

Хромат цинку ZnCrO ₄ - жовта сполука. Автор: Marilú Stea.

Хромат цинку - іонна сполука, утворена катіоном цинку Zn ²⁺ та аніоном хромату CrO ₄^2- . Останній складається з хрому з валентністю +6 (шестивалентний хром, Cr ⁶⁺ ) та чотирьох атомів кисню зі станом окислення -2.

Іон Zn ²⁺ має таку електронну структуру:

1s ² , 2s ² 2p ⁶ , 3s ² 3p ⁶ 3d ¹⁰ .

Зі свого боку, шестивалентний хром має електронні орбіталі наступну конформацію:

1s ² , 2s ² 2p ⁶ , 3s ² 3p ⁶ .

Обидві структури дуже стійкі, оскільки орбіталі повні.

Номенклатура

Хромат цинку
Цинкова сіль хромової кислоти
Цинк жовтий (хоча цей термін також відноситься до інших сполук, які містять ZnCrO ₄ ).

Властивості

Фізичний стан

Лимонно-жовтий або жовтий кристалічний твердий матеріал. Кристали у вигляді призми.

Молекулярна маса

181,4 г / моль

Точка плавлення

316 ºC

Щільність

3,40 г / см ³

Розчинність

Слабо розчинний у воді: 3,08 г / 100 г Н ₂ О. Він легко розчиняється в кислотах і в рідкому аміаку. Нерозчинний в ацетоні.

рН

За деякими джерелами, його водні розчини є кислими.

Хімічні властивості

Це сильно окислювальна сполука, тому може реагувати з відновниками, генеруючи тепло. Серед речовин, з якими він може реагувати, є органічні, такі як ціаніди, ефіри та тіоціанати. Він також може атакувати деякі метали.

У водному розчині іон хромату представляє різні рівноваги залежно від рН та формування різних видів.

Хромат-утворені види

Вище рН 6 присутній іон хромату CrO ₄^2- (жовтого кольору); між рН 2 і рН 6 іон HCrO ₄^- і дихромат Cr ₂ O ₇^2- (оранжево-червоного кольору) знаходяться в рівновазі ; при pH нижче 1 основний вид - H ₂ CrO ₄ .

Коли до цих водних розчинів додають катіон цинку (II), осаджується ZnCrO ₄ .

Баланси такі:

HCrO ₄^- ⇔ CrO ₄^2- + H ⁺

H ₂ CrO ₄ ⇔ HCrO ₄^- + H ⁺

Cr ₂ O ₇^2- + H ₂ O ⇔ 2 HCrO ₄^-

У базовій середовищі відбувається наступне:

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

HCrO ₄^- + OH ^- ⇔ CrO ₄^2- + H ₂ O

ZnCrO ₄ не швидко реагує з повітрям або водою.

Отримання

Він може бути отриманий шляхом взаємодії водного оксиду цинку або гідроксидного осаду з розчиненою хроматовою сіллю, а потім нейтралізації.

Промислово використовується процес Кронака, при якому метал цинку занурений у розчин натрію дихромату (Na ₂ Cr ₂ O ₇ ) та сірчаної кислоти (H ₂ SO ₄ ).

Його також можна приготувати, осадивши його з розчинів, в яких є розчинені солі цинку та хромату:

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

Програми

У захисті від металу

У металургійній промисловості його застосовують головним чином у базових фарбах (підготовча фарба або початкове покриття), що наносяться на метали, яким вона забезпечує стійкість проти корозії.

Його використовують як пігмент у фарбах та лаках, вводячи в матрицю органічного полімеру.

Цей тип фарби застосовується для трубопроводів, нафтових танкерів, сталевих конструкцій, таких як мости, вежі для передачі електроенергії та автомобільні деталі для запобігання корозії.

Сталеві конструкції мостів перед остаточним фарбуванням фарбують основою з хромату цинку, щоб захистити їх від корозії. Автор: オギクボマンサク. Джерело: Pixabay.

Пасивація

Також встановлено захист металевих компонентів з оцинкованим покриттям, які пасивували за допомогою хроматів лужних металів. Пасивація полягає у втраті хімічної реактивності за певних умов навколишнього середовища.

Ці покриття також служать декоративним покриттям і зберігають електропровідність. Вони зазвичай застосовуються до предметів побуту, таких як інструменти, і їх можна розпізнати за жовтим кольором.

Деякі інструменти покриті хроматом цинку. Автор: Дук. Джерело: Wikimedia Commons.

Як це працює

Деякі дослідники виявили, що захист хромату цинку від корозії металу може бути зумовлений тим, що він гальмує ріст грибів. Таким чином він запобігає погіршенню антикорозійного покриття фарбою.

Інші дослідження показують, що антикорозійний ефект може бути викликаний тим, що сполука прискорює утворення захисних оксидів на металах.

Антикорозійний цинковий хроматний праймер для захисту металевих поверхонь. 水水 / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Джерело: Wikimedia Commons.

В каталізі реакцій

Ця сполука була використана в якості каталізатора в різних хімічних реакціях, таких як гідрування оксиду вуглецю (CO) для отримання метанолу (CH ₃ OH).

Ефіри можуть бути перетворені в первинні спирти гідруванням, використовуючи це з'єднання для прискорення реакції.

На думку деяких дослідників, його каталітична дія обумовлена тим, що тверда речовина не має стехіометричної структури, тобто відхиляється від своєї формули ZnCrO ₄ і швидше:

Zn _1-x Cr _2-x O ₄

Це означає, що в структурі є дефекти, які енергетично сприяють каталізу.

Інші програми

Він міститься в деяких жирних барвниках, його використовують для друку, він є засобом для обробки поверхні, застосовується в покриттях для підлоги і є реагентом у хімічних лабораторіях.

Припинено використання

Починаючи з 1940-х років похідне ZnCrO ₄ , цинковий хромат міді, застосовується як позакореневий фунгіцид для рослин картоплі.

Рослини картоплі. Автор: Дірк (Бекі®) Шумахер. Джерело: Pixabay.

Від цього вживання відмовилися через токсичність та шкідливий вплив сполуки.

На художніх картинах 19 століття виявлено наявність складної солі хромату цинку, 4ZnCrO ₄ • K ₂ O • 3H ₂ O (гідратний цинк та хромат калію), що являє собою жовтий пігмент, який називають лимонно-жовтим.

Ризики

Хоча він не горючий, при нагріванні він виділяє токсичні гази. Може вибухнути при контакті з відновниками або органічними матеріалами.

Пил дратує очі і шкіру, викликаючи алергічну реакцію. Вдихання викликає подразнення носа і горла. Він вражає легені, викликає задишку, бронхіт, пневмонію та астму.

Його прийом всередину впливає на травний тракт, печінку, нирки, центральну нервову систему, виробляє кровообіг і пошкоджує імунну систему.

Генератор раку

Це підтверджений канцероген, збільшує ризик раку легенів та носової порожнини. Він токсичний для клітин (цитотоксичний), а також пошкоджує хромосоми (генотоксичні).

Хромат цинку викликає рак легенів та дихальних шляхів. Автор: OpenClipart-Vectors. Джерело: Pixabay.

Визначено, що токсичність та канцерогенність цієї сполуки зумовлена головним чином дією хрому в стані окислення +6. Однак присутність цинку надає продукту нерозчинність, і це також впливає на шкоду, яку він отримує.

Вплив на навколишнє середовище

Він дуже токсичний для тварин і водного життя, спричиняючи шкідливі наслідки, які тривають з часом. Ця хімічна речовина може біоакумулюватись по всьому харчовому ланцюгу.

З усіх цих причин процеси, що включають хромати (шестивалентний хром), регулюються світовими організаціями охорони здоров'я та замінюються альтернативними методами без цього іона.

Список літератури

Національна медична бібліотека США. (2019). Хромат цинку. Відновлено з pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
Lide, DR (редактор) (2003). Посібник з хімії та фізики. 85- ^а преса CRC.
Xie, H. та ін. (2009). Хромат цинку викликає нестабільність хромосом і подвійні розриви ДНК в клітинах легенів людини. Toxicol Appl Pharmacol 2009, 1 лютого; 234 (3): 293-299. Відновлено з ncbi.nlm.nih.gov.
Джексон, Р.А. та ін. (1991). Каталітична активність та структура дефектів хромату цинку. Catal Lett 8, 385-389 (1991). Відновлено з link.springer.com.
Ягалом, Дж. (2001). Методи захисту від корозії. В Енциклопедії матеріалів: Наука та техніка. Відновлено з sciencedirect.com.
Stranger-Johannessen, M. (1988). Антимікробний ефект пігментів у захисних від корозії фарбах. У Houghton DR, Eggins, HOW (eds) Біодетеріорація 7. Відновлено з link.springer.com.
Барретт, AGM (1991). Зменшення. У всебічному органічному синтезі. Відновлено з sciencedirect.com.
Thurston, HW та ін. (1948). Хромати як фунгіциди картоплі Американський картографічний журнал 25, 406-409 (1948). Відновлено з link.springer.com.
Лінч, РФ (2001). Цинк: легування, термохімічна обробка, властивості та застосування. В Енциклопедії матеріалів: Наука та техніка. Відновлено з sciencedirect.com.
Рамеш Кумар, А. В. та Нігам, РК (1998). Mössbauer-спектроскопічне дослідження продуктів корозії під ґрунтовним покриттям, що містить антикорозійні пігменти. J Radioanal Nucl Chem 227, 3-7 (1998). Відновлено з link.springer.com.
Отеро, В. та ін. (2017). Барій, цинк та стронцій жовтіють в олійних картинах кінця 19 - початку 20 століття. Herit Sci 5, 46 (2017). Відновлено з heritagesciencejournal.springeropen.com.
Коттон, Ф. Альберт і Вілкінсон, Джеффрі. (1980). Розширена неорганічна хімія. Четверте видання. Джон Вілі та сини.
Вікіпедія (2020). Хромат цинку. Відновлено з сайту en.wikipedia.org
Вікіпедія (2020). Хроматне конверсійне покриття. Відновлено з сайту en.wikipedia.org

ХРОМАТ ЦИНКУ: СТРУКТУРА, ВЛАСТИВОСТІ, ОТРИМАННЯ, ВИКОРИСТАННЯ - ХІМІЯ - 2025