ЦИНКОВ ХРОМАТ: СТРУКТУРА, СВОЙСТВА, ПОЛУЧАВАНЕ, УПОТРЕБА - ХИМИЯ - 2025

В цинков хромат или цинков хромат е неорганично съединение, състояща се от елементи, цинк (Zn), хром (Сг) и кислород (О). Той има йони Zn ²⁺ и CrO ₄ ^2-. Химическата му формула е ZnCrO ₄.

Терминът "цинков хромат" в търговската мрежа служи за обозначаване на три съединения с различна молекулна структура: (a) самият цинков хромат ZnCrO ₄, (b) основният цинков хромат ZnCrO ₄ • 4Zn (OH) ₂ и (c)) основен хромат на цинк и калий 3ZnCrO ₄ • Zn (OH) ₂ • K ₂ CrO ₄ • 2H ₂ O.

Структура на цинков хромат. Автор: Marilú Stea.

Използва се главно в бои или грундове, които предпазват металите от корозия. За това се смесва с бои, лакове и полимери, които след това се нанасят върху повърхността на металите.

Използва се и при декоративни и защитни облицовки, постигнати с други хромати и киселини, покриващи различни предмети, като инструменти. Той служи и за задържане на електропроводимостта на металните части.

Използва се като катализатор в реакции на хидриране (добавяне на водород) в органични съединения. Той е част от пигменти, използвани преди в художествените картини.

Това е материал, който причинява рак и това е така, защото хроматът има хром в състояние на окисление +6.

структура

Цинков хромат ZnCrO ₄ е жълто съединение. Автор: Marilú Stea.

Цинков хромат е йонно съединение, образуван от цинков катион Zn ²⁺ и хромат анион СгОз ₄ ^2-. Последният е съставен от хром с валентност +6 (шестовалентен хром, Cr ⁶⁺) и четири кислородни атома със състояние на окисление -2.

Йонът Zn ²⁺ има следната електронна структура:

1s ², 2s ² 2p ⁶, 3s ² 3p ⁶ 3d ¹⁰.

От своя страна шестовалентният хром има следната конформация в своите електронни орбитали:

1s ², 2s ² 2p ⁶, 3s ² 3p ⁶.

И двете структури са много стабилни, тъй като орбиталите са пълни.

номенклатура

• Цинков хромат
• Цинкова сол на хромовата киселина
• Цинк жълто (въпреки че този термин се отнася и за други съединения, които съдържат ZnCrO ₄).

Имоти

Физическо състояние

Лимоненожълто или жълто кристално твърдо вещество. Кристали под формата на призми.

Молекулно тегло

181.4 g / mol

Точка на топене

316 ºC

плътност

3,40 g / cm ³

разтворимост

Слабо разтворим във вода: 3,08 g / 100 g H ₂ O. Разтваря се лесно в киселини и в течен амоняк. Неразтворим в ацетон.

рН

Според някои източници водните му разтвори са кисели.

Химични свойства

Това е силно окисляващо съединение, така че може да реагира с редуциращи агенти, генерирайки топлина. Сред веществата, с които може да реагира, са органични, като цианиди, естери и тиоцианати. Може да атакува и някои метали.

Във воден разтвор хроматният йон представлява различни равновесии в зависимост от pH и образува различни видове.

Вид, образуван с хромат

Над рН 6 хромат йон CRO ₄ ^2- (жълт цвят) присъства; между рН 2 и рН 6 йона HCrO ₄ ^- и бихромат Cr ₂ O ₇ ^2- (оранжево-червен цвят) са в равновесие; при pH по-ниско от 1 основният вид е H ₂ CrO ₄.

Когато към тези водни разтвори се прибави катион на цинк (II), ZnCrO _{4 се} утаява.

Балансите са както следва:

HCrO ₄ ^- ⇔ СгОз ₄ ^2- + Н ⁺

H ₂ CrO ₄ ⇔ HCrO ₄ ^- + H ⁺

Cr ₂ O ₇ ^2- + H ₂ O ⇔ 2 HCrO ₄ ^-

В основната среда се случва следното:

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

HCrO ₄ ^- + OH ^- ⇔ СгОз ₄ ^2- + H ₂ O

ZnCrO ₄ не реагира бързо с въздух или вода.

Получаване

Той може да се получи чрез взаимодействие на воден цинков оксид или хидроксидна утайка с разтворена хроматна сол и след това неутрализиране.

Промишлено се използва процесът на Cronak, при който цинковият метал се потапя в разтвор на натриев дихромат (Na ₂ Cr ₂ O ₇) и сярна киселина (H ₂ SO ₄).

Може да се приготви и чрез утаяване от разтвори, в които има разтворени цинкови и хроматни соли:

К ₂ СгОз ₄ + ZnSO ₄ → ZnCrO ₄ ↓ + K ₂ SO ₄

Приложения

В метална защита

В металургичната промишленост се използва главно в основни бои (подготвителна боя или първоначално покритие), нанесени върху метали, на които осигурява устойчивост срещу корозия.

Използва се като пигмент в бои и лакове, като се вкарва в матрицата на органичен полимер.

Този тип боя се прилага върху тръбопроводи, нефтени танкери, стоманени конструкции като мостове, кули за предаване на енергия и автомобилни части, за да потискат корозията.

Стоманените конструкции на мостовете са боядисани с основа от цинков хромат преди окончателното боядисване, за да се предпазят от корозия. Автор: オ ギ ク ボ マ ン サ ク. Източник: Pixabay

Пасивация

Установено е също така, че предпазва метални компоненти, покрити с цинк, които са пасивирани с помощта на хромати на алкални метали. Пасивирането се състои в загуба на химическа реактивност при определени условия на околната среда.

Тези покрития служат и като декоративни облицовки и за запазване на електрическата проводимост. Те обикновено се прилагат за ежедневни предмети като инструменти и могат да бъдат разпознати по техния жълт цвят.

Някои инструменти са покрити с цинков хромат. Автор: Duk. Източник: Wikimedia Commons.

Как работи

Някои изследователи откриха, че защитата на цинковия хромат срещу корозия на металите може да се дължи на факта, че той инхибира растежа на гъбичките. По този начин предотвратява влошаването на антикорозионното покритие на боята.

Други изследвания показват, че антикорозионният ефект може да се дължи на факта, че съединението ускорява образуването на защитни оксиди върху металите.

Антикорозионен цинков хромат грунд за защита на метални повърхности. 水水 / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Източник: Wikimedia Commons.

При катализа на реакциите

Това съединение се използва като катализатор в различни химични реакции, като хидрогенирането на въглероден окис (СО) за получаване на метанол (CH ₃ OH).

Естерите могат да бъдат превърнати в първични алкохоли чрез хидриране, като се използва това съединение, за да се ускори реакцията.

Според някои изследователи неговото каталитично действие се дължи на факта, че твърдото вещество не има стехиометрична структура, тоест се отклонява от формулата си ZnCrO ₄ и е по-скоро:

Zn _1-x Cr _2-x O ₄

Това означава, че има дефекти в структурата, които енергично благоприятстват катализата.

Други приложения

Той се намира в някои мазни оцветители, използва се за печат, той е агент за повърхностна обработка, прилага се в подови настилки и е реагент в химически лаборатории.

Преустановени употреби

От 40-те години на ХХ век, производно на ZnCrO ₄, цинков меден хромат, се използва като листен фунгицид за картофени растения.

Картофени растения. Автор: Дирк (Beeki®) Шумахер. Източник: Pixabay

Оттогава тази употреба е изоставена поради токсичността и вредните ефекти на съединението.

В художествените картини от 19 век е открито наличието на сложна сол на цинков хромат, 4ZnCrO ₄ • K ₂ O • 3H ₂ O (хидратиран цинков и калиев хромат), който представлява жълт пигмент, наречен лимонено жълт.

Рискове

Въпреки че не е запалим, при нагряване той отделя токсични газове. Може да избухне при контакт с редуциращи агенти или органични материали.

Прахът дразни очите и кожата, предизвиквайки алергична реакция. Вдишването причинява дразнене на носа и гърлото. Той засяга белите дробове, причинява задух, бронхит, пневмония и астма.

Поглъщането му засяга храносмилателния тракт, черния дроб, бъбреците, централната нервна система, предизвиква кръвообращение и уврежда имунната система.

Рак генератор

Той е потвърден канцероген, повишава риска от рак на белите дробове и носната кухина. Той е токсичен за клетките (цитотоксичен) и също така уврежда хромозомите (генотоксични).

Цинк хроматът причинява рак на белите дробове и дихателните пътища. Автор: OpenClipart-Vectors. Източник: Pixabay

Определено е, че токсичността и канцерогенността на това съединение се причиняват главно от действието на хром в състояние на окисление +6. Присъствието на цинк обаче придава неразтворимост на продукта и това влияе и на щетите, които произвежда.

Ефекти върху околната среда

Той е много токсичен за животните и водния живот, причинявайки вредни ефекти, които продължават с времето. Този химикал може да се акумулира био по цялата хранителна верига.

Поради всички тези причини процесите, включващи хромати (шествалетен хром), се регулират от световните здравни организации и се заменят с алтернативни техники без този йон.

Препратки

1. Национална медицинска библиотека на САЩ. (2019). Цинков хромат. Възстановени от pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
2. Lide, DR (редактор) (2003). CRC Наръчник по химия и физика. 85 ^-та CRC Press.
3. Xie, H. et al. (2009 г.). Цинковият хромат предизвиква нестабилност на хромозомите и разкъсване на двойни вериги на ДНК в човешките белодробни клетки. Toxicol Appl Pharmacol 2009 Feb 1; 234 (3): 293-299. Възстановени от ncbi.nlm.nih.gov.
4. Jackson, RA et al. (1991). Каталитичната активност и дефектната структура на цинковия хромат. Catal Lett 8, 385-389 (1991). Възстановено от link.springer.com.
5. Yahalom, J. (2001). Методи за защита от корозия. В Енциклопедия на материалите: Наука и технологии. Възстановени от sciencedirect.com.
6. Stranger-Johannessen, M. (1988). Антимикробният ефект на пигментите в корозионните защитни бои. В Houghton DR, Eggins, HOW (eds) Biodeterioration 7. Възстановена от link.springer.com.
7. Барет, AGM (1991). Намаляване. В цялостен органичен синтез. Възстановени от sciencedirect.com.
8. Thurston, HW et al. (1948). Хромати като картофени фунгициди. American Potato Journal 25, 406-409 (1948). Възстановено от link.springer.com.
9. Линч, RF (2001). Цинк: легиране, термохимична обработка, свойства и приложения. В Енциклопедия на материалите: Наука и технологии. Възстановени от sciencedirect.com.
10. Рамеш Кумар, AV и Nigam, RK (1998). Mössbauer спектроскопично изследване на корозивни продукти под грундиращо покритие, съдържащо антикорозионни пигменти. J Radioanal Nucl Chem 227, 3-7 (1998). Възстановено от link.springer.com.
11. Otero, V. et al. (2017). Жълтите барий, цинк и стронций в маслени картини от края на 19-началото на 20-ти век. Herit Sci 5, 46 (2017). Възстановено от heritagesciencejournal.springeropen.com.
12. Котън, Ф. Алберт и Уилкинсън, Джефри. (1980 г.). Разширена неорганична химия. Четвърто издание. John Wiley & Sons.
13. Уикипедия (2020). Цинков хромат. Възстановено от en.wikipedia.org.
14. Уикипедия (2020). Хроматично конверсионно покритие. Възстановено от en.wikipedia.org.