CINKA HROMĀTS: STRUKTŪRA, ĪPAŠĪBAS, IEGŪŠANA, LIETOJUMI - ĶĪMIJA - 2025

Cinka hromāta vai cinka hromāta ir neorganisks savienojums, kas sastāv no elementiem, cinks (Zn), hroms (Cr) un skābekļa (O). Tam ir joni Zn ²⁺ un CrO ₄ ² . Tās ķīmiskā formula ir ZnCrO ₄ .

Termins “cinka hromāts” komerciāli apzīmē trīs savienojumus ar atšķirīgu molekulāro struktūru: (a) pats cinka hromāts ZnCrO ₄ , b) pamata cinka hromāts ZnCrO ₄ • 4Zn (OH) ₂ un (c) ) cinka un kālija bāzes hromāts 3ZnCrO ₄ • Zn (OH) ₂ • K ₂ CrO ₄ • 2H ₂ O.

Cinka hromāta uzbūve. Autors: Marilú Stea.

To galvenokārt izmanto krāsās vai gruntējumos, kas aizsargā metālus no korozijas. Šim nolūkam tas tiek sajaukts ar krāsām, lakām un polimēriem, kurus pēc tam uzklāj uz metālu virsmas.

To izmanto arī dekoratīvajā un aizsargājošajā apdarē, kas iegūta ar citiem hromatiem un skābēm, pārklājot dažādus priekšmetus, piemēram, instrumentus. Tas kalpo arī metāla detaļu elektrovadītspējas saglabāšanai.

To izmanto kā katalizatoru hidrogenēšanas reakcijās (ūdeņraža pievienošana) organiskos savienojumos. Tā ir daļa no pigmentiem, ko agrāk izmantoja mākslinieciskās gleznās.

Tas ir materiāls, kas izraisa vēzi, un tas notiek tāpēc, ka hromātam ir hroms oksidācijas stāvoklī +6.

Uzbūve

Cinka hromāts ZnCrO ₄ ir dzeltens savienojums. Autors: Marilú Stea.

Cinka hromāts ir jonu savienojums, ko veido cinka katjons Zn ²⁺ un hromāta anjons CrO ₄ ^2- . Pēdējo veido hroms ar valenci +6 (sešvērtīgais hroms, Cr ⁶⁺ ) un četri skābekļa atomi ar oksidācijas stāvokli -2.

Zn ²⁺ jonam ir šāda elektroniskā struktūra:

1s ² , 2s ² 2p ⁶ , 3s ² 3p ⁶ 3d ¹⁰ .

Savukārt sešvērtīgajam hromam elektroniskajā orbitālē ir šāda konformācija:

1s ² , 2s ² 2p ⁶ , 3s ² 3p ⁶ .

Abas struktūras ir ļoti stabilas, jo orbitāles ir pilnīgas.

Nomenklatūra

• Cinka hromāts
• Hromskābes cinka sāls
• Cinka dzeltenā krāsa (lai gan šis termins attiecas arī uz citiem savienojumiem, kas satur ZnCrO ₄ ).

Īpašības

Fiziskais stāvoklis

Citrondzeltena vai dzeltena kristāliska cieta viela. Kristāli prizmu formā.

Molekulārais svars

181,4 g / mol

Kušanas punkts

316 ºC

Blīvums

3,40 g / cm ³

Šķīdība

Vāji šķīst ūdenī: 3,08 g / 100 g H ₂ O. Tas viegli izšķīst skābēs un šķidrā amonjakā. Nešķīst acetonā.

pH

Pēc dažiem avotiem, tā ūdens šķīdumi ir skābi.

Ķīmiskās īpašības

Tas ir spēcīgi oksidējošs savienojums, tāpēc tas var reaģēt ar reducējošām vielām, radot siltumu. Starp vielām, ar kurām tas var reaģēt, ir organiskās vielas, piemēram, cianīdi, esteri un tiocianāti. Tas var arī uzbrukt dažiem metāliem.

Ūdens šķīdumā hromāta jonam ir atšķirīgs līdzsvars atkarībā no pH un veidojot dažādas sugas.

Hromātu veidotas sugas

Virs pH 6 ir hromāta jons CrO ₄ ^2- (dzeltenā krāsā); starp pH 2 un pH 6 jonu HCrO ₄ ^- un dihromāts Cr ₂ O ₇ ^2- (orange-sarkanā krāsā) ir līdzsvarā ; pie pH zemāka par 1 galvenā suga ir H ₂ CrO ₄ .

Kad cinka (II) katjonu tiek pievienoti šiem ūdens šķīdumiem, ZnCrO ₄ precipitates .

Atlikumi ir šādi:

HCrO ₄ ^- ⇔ CrO ₄ ^2- + H ⁺

H ₂ CrO ₄ ⇔ HCrO ₄ ^- + H ⁺

Cr ₂ O ₇ ^2- + H ₂ O ⇔ 2 HCrO ₄ ^-

Pamata vidē notiek šādi:

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

HCrO ₄ ^- + OH ^- ⇔ CrO ₄ ^2- + H ₂ O

ZnCrO ₄ ātri nereaģē ar gaisu vai ūdeni.

Iegūšana

To var iegūt, reaģējot ar cinka oksīda vai hidroksīda ūdens nogulsnēm ar izšķīdušu hromāta sāli un pēc tam neitralizējot.

Rūpnieciski tiek izmantots Cronak process, kurā cinka metāls tiek iegremdēts nātrija dihromāta (Na ₂ Cr ₂ O ₇ ) un sērskābes (H ₂ SO ₄ ) šķīdumā .

To var arī pagatavot, izgulsnējot no šķīdumiem, kuros ir izšķīduši cinka un hromāta sāļi:

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

Lietojumprogrammas

Metāla aizsardzībā

Metalurģijas nozarē to galvenokārt izmanto pamatkrāsās (sagatavošanas krāsās vai sākotnējā pārklājumā), kas tiek uzklāti uz metāliem, kuriem tas nodrošina izturību pret koroziju.

To izmanto kā pigmentu krāsās un lakās, ievietojot organiskā polimēra matricā.

Šāda veida krāsas tiek izmantotas cauruļvadiem, naftas tankkuģiem, tērauda konstrukcijām, piemēram, tiltiem, enerģijas pārvades torņiem un automašīnu detaļām, lai novērstu koroziju.

Lai pasargātu tos no korozijas, tiltu tērauda konstrukcijas pirms galīgās krāsošanas tiek krāsotas ar cinka hromāta pamatni. Autors: オ ギ ク ボ マ ン サ ク. Avots: Pixabay.

Pasivācija

Ir arī atrasts aizsargājošs metāla cinka pārklājums, kas pasivēts, izmantojot sārmu metāla hromatus. Pasivācija ir ķīmiskās reaģētspējas zudums noteiktos vides apstākļos.

Šie pārklājumi kalpo arī kā dekoratīvā apdare un saglabā elektrisko vadītspēju. Tos parasti izmanto ikdienas priekšmetiem, piemēram, instrumentiem, un tos var atpazīt pēc dzeltenās krāsas.

Daži instrumenti ir pārklāti ar cinka hromātu. Autors: Duk. Avots: Wikimedia Commons.

Kā tas darbojas

Daži pētnieki atklāja, ka cinka hromāta aizsardzība pret metāla koroziju varētu būt saistīta ar faktu, ka tas kavē sēnīšu augšanu. Tādā veidā tas novērš pretkorozijas krāsas pārklājuma pasliktināšanos.

Citi pētījumi norāda, ka pretkorozijas iedarbība varētu būt saistīta ar faktu, ka savienojums paātrina metālu aizsargājošo oksīdu veidošanos.

Pretkorozijas cinka hromāta grunts metāla virsmu aizsardzībai. 水水 / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Avots: Wikimedia Commons.

Reakciju katalīzē

Šis savienojums ir izmantots kā katalizators dažādu ķīmisku reakciju, piemēram, hidrogenēšanas oglekļa monoksīda (CO), lai iegūtu metanolu (CH ₃ OH).

Esterus var pārveidot par primārajiem spirtiem, hidrogenējot, izmantojot šo savienojumu, lai paātrinātu reakciju.

Pēc dažu pētnieku domām, tā katalītiskā darbība ir saistīta ar faktu, ka cietajai vielai nav stehiometriskas struktūras, tas ir, tā atšķiras no tās formulas ZnCrO ₄ un drīzāk ir:

Zn _1-x Cr _2-x O ₄

Tas nozīmē, ka struktūrā ir defekti, kas enerģētiski veicina katalīzi.

Citas lietotnes

Tas ir atrodams dažās eļļainās krāsvielās, to izmanto drukāšanai, tas ir virsmas apstrādes līdzeklis, tas tiek uzklāts grīdas segumos, un tas ir reaģents ķīmiskās laboratorijās.

Pārtraukta lietošana

Kopš 1940. gadiem ZnCrO ₄ atvasinājums , cinka vara hromāts, tiek izmantots kā kartupeļu augu fungicīds.

Kartupeļu stādi. Autors: Dirk (Beeki®) Schumacher. Avots: Pixabay.

Kopš tā laika šo savienojumu toksicitātes un kaitīgās ietekmes dēļ ir atmests.

Kompleksa cinka hromāta sāls 4ZnCrO ₄ • K ₂ O • 3H ₂ O (hidratēta cinka un kālija hromāta) klātbūtne , kas ir dzeltens pigments ar nosaukumu Citronu dzeltens , ir atrasta 19. gadsimta mākslas gleznojumos .

Riski

Lai gan tas nav degošs, karsējot tas izdala toksiskas gāzes. Var eksplodēt, nonākot saskarē ar reducētājiem vai organiskiem materiāliem.

Putekļi kairina acis un ādu, izraisot alerģisku reakciju. Ieelpošana izraisa deguna un rīkles kairinājumu. Tas ietekmē plaušas, izraisa elpas trūkumu, bronhītu, pneimoniju un astmu.

Tās norīšana ietekmē gremošanas traktu, aknas, nieres, centrālo nervu sistēmu, rada asinsrites sabrukumu un bojā imūnsistēmu.

Vēža ģenerators

Tas ir apstiprināts kancerogēns, palielina plaušu un deguna dobuma vēža risku. Tas ir toksisks šūnām (citotoksisks) un arī bojā hromosomas (genotoksisks).

Cinka hromāts izraisa plaušu un elpošanas ceļu vēzi. Autors: OpenClipart-Vectors. Avots: Pixabay.

Tika noteikts, ka šī savienojuma toksicitāti un kancerogenitāti galvenokārt izraisa hroma iedarbība +6 oksidācijas stāvoklī. Tomēr cinka klātbūtne rada produkta nešķīstību, un tas ietekmē arī tā radītos zaudējumus.

Ietekme uz vidi

Tas ir ļoti toksisks dzīvniekiem un ūdens dzīvniekiem, izraisot kaitīgu iedarbību, kas ilgst laika gaitā. Šī ķīmiskā viela var bioakumulēties visā pārtikas ķēdē.

Visu šo iemeslu dēļ procesus, kuros iesaistīti hromāti (sešvērtīgais hroms), regulē pasaules veselības organizācijas, un tos aizvieto ar alternatīvām metodēm bez šī jona.

Atsauces

1. ASV Nacionālā medicīnas bibliotēka. (2019. gads). Cinka hromāts. Atgūts no pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
2. Lide, DR (redaktors) (2003). CRC ķīmijas un fizikas rokasgrāmata. 85 ^th CRC Press.
3. Xie, H. et al. (2009). Cinka hromāts izraisa hromosomu nestabilitāti un DNS dubultās šķelšanās pārtraukumus cilvēka plaušu šūnās. Toxicol Appl Pharmacol 2009 1. februāris; 234 (3): 293–299. Atgūts no ncbi.nlm.nih.gov.
4. Džeksons, RA et al. (1991). Cinka hromāta katalītiskā aktivitāte un defektu struktūra. Catal Lett 8, 385-389 (1991). Atgūts no saites.springer.com.
5. Yahalom, J. (2001). Korozijas aizsardzības metodes. Materiālu enciklopēdijā: Zinātne un tehnoloģija. Atgūts no vietnes sciencedirect.com.
6. Stranger-Johannessen, M. (1988). Pigmentu pretmikrobu iedarbība aizsargājošās krāsās pret koroziju. Houghton DR, Eggins, HOW (red.) Biodeterioration 7. Atgūts no link.springer.com.
7. Barrett, AGM (1991). Samazināšana. Visaptverošā organiskā sintēzē. Atgūts no vietnes sciencedirect.com.
8. Thurston, HW et al. (1948). Hromāti kā kartupeļu fungicīdi. American Potato Journal 25, 406–409 (1948). Atgūts no saites.springer.com.
9. Linčs, RF (2001). Cinks: leģēšana, termoķīmiskā apstrāde, īpašības un pielietojums. Materiālu enciklopēdijā: Zinātne un tehnoloģija. Atgūts no vietnes sciencedirect.com.
10. Ramesh Kumar, AV un Nigam, RK (1998). Mössbauera korozijas produktu spektroskopijas pētījums zem gruntējuma pārklājuma, kas satur pretkorozijas pigmentus. J Radioanal Nucl Chem 227, 3-7 (1998). Atgūts no saites.springer.com.
11. Otero, V. et al. (2017). Bārija, cinka un stroncija dzeltenumi 19. gadsimta beigās - 20. gadsimta sākumā gleznotās eļļas gleznās. Herit Sci 5, 46 (2017). Atgūts no vietnes heritagesciencejournal.springeropen.com.
12. Kokvilna, F. Alberts un Vilkinsons, Džefrijs. (1980). Uzlabotā neorganiskā ķīmija. Ceturtais izdevums. Džons Vilijs un dēli.
13. Vikipēdija (2020). Cinka hromāts. Atgūts no vietnes en.wikipedia.org.
14. Vikipēdija (2020). Hromāta pārveidošanas pārklājums. Atgūts no vietnes en.wikipedia.org.