Калиум дихромат

Калиум дихромат, со формула — вообичаен неоргански хемиски реагенс, кој најчесто се користи како оксидирачки агенс во различни лабораториски и индустриски цели. Како и кај сите хексавалентни соединенија на хром, тој е акутно и хронично штетен за здравјето. Тоа е кристална јонска цврста материја со многу светла, црвено-портокалова боја. Солта е популарна во лабораторија бидејќи не е деликатна, за разлика од индустриски порелевантната сол натриум дихромат.
1 Хемија
1.1 Производство
Калиум дихромат обично се подготвува со реакција на калиум хлорид на натриум дихромат. Алтернативно, може да се добие и од калиум хромат со печење на хромитова руда со калиум хидроксид. Растворлив е во вода и во процесот на растворање јонизира:
: K <sub>2</sub> Cr <sub>2</sub> O <sub>7</sub> → 2 К <sup>+</sup> + + H<sub>2</sub>O ⇌ 2 + 2 H <sup>+</sup>
1.2 Реакција
Калиум дихромат е оксидирачки агенс во органската хемија и е поблаг од калиум перманганат. Се користи за оксидација на алкохоли. Ги претвора примарните алкохоли во алдехиди и, под посилни услови, во карбоксилни киселини. Спротивно на тоа, калиум перманганат има тенденција да дава карбоксилни киселини како единствени производи. Секундарните алкохоли се претвораат во кетони. На пример, ментонот може да се подготви со оксидација на ментол со закиселена дихромат. Терциерните алкохоли не можат да се оксидираат.
Во воден раствор, прикажаната промена на бојата може да се користи за тестирање за разликување на алдехидите од кетони. Алдехидите го намалуваат дихроматот од +6 на +3 оксидациона состојба, менувајќи ја бојата од портокалова во зелена. Оваа промена на бојата се јавува затоа што алдехидот може да се оксидира до соодветната карбоксилна киселина. Кетонот нема да покаже таква промена бидејќи не може дополнително да се оксидира, па така растворот ќе остане портокалов.
Кога силно се загрева, се распаѓа со еволуцијата на кислородот.
:K<sub>2</sub>Cr<sub>2</sub>O<sub>7</sub> + K<sub>2</sub>CO<sub>3</sub> → 2 K<sub>2</sub>CrO<sub>4</sub> + CO<sub>2</sub>
Кога се додава алкал во портокалово-црвен раствор кој содржи дихромат јони, се добива жолт раствор поради формирање на хромат јони. На пример, калиум хромат се произведува индустриски користејќи поташа:
: K<sub>2</sub>Cr<sub>2</sub>O<sub>7</sub> + 2 H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> → 2 CrO<sub>3</sub> + 2 KHSO<sub>4</sub> + H<sub>2</sub>O
Реакцијата е реверзибилна.
Третманот со ладна сулфурна киселина дава црвени кристали на хром анхидрид (хром триоксид, CrO <sub>3</sub>):
: K <sub>2</sub> Cr <sub>2</sub> O <sub>7</sub> + 2 H <sub>2</sub> SO <sub>4</sub> → 2 CrO <sub>3</sub> + 2 KHSO <sub>4</sub> + H<sub>2</sub>O
При загревање со концентрирана киселина, кислородот еволуира:
:2 K<sub>2</sub>Cr<sub>2</sub>O<sub>7</sub> + 8 H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> → 2 K<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> + 2 Cr<sub>2</sub>(SO<sub>4</sub>)<sub>3</sub> + 8 H<sub>2</sub>O + 3 O<sub>2</sub>
2 Употреба
Калиум дихромат има неколку големи примени, бидејќи натриумовата сол е доминантна индустриски. Главната употреба е како претходник на калиум хром стипса, кој се користи во штавење кожа.
2.1 Чистење
Како и другите соединенија на хром(VI) (хром триоксид, натриум дихромат), калиум дихромат се користи за подготовка на „хромна киселина“ за чистење на стаклени садови и материјали за офорт. Поради загриженоста за безбедноста поврзана со хексавалентен хром, оваа практика во голема мера е прекината.
2.2 Градба
Се користи како состојка во цементот во кој го успорува стврднувањето на смесата и ја подобрува нејзината густина и текстура. Оваа употреба најчесто предизвикува контактен дерматитис кај градежните работници.
2.3 Фотографија и печатење
Во 1839 година, Мунго Понтон открил дека хартијата обработена со раствор од калиум дихромат е видливо исончана со изложување на сончева светлина, а промената на бојата останала откако ќе се исплакне калиум дихроматот. Во 1852 година, Хенри Фокс Талбот открил дека изложувањето на ултравиолетова светлина во присуство на калиум дихромат ги стврднува органските колоиди како што се желатин и арапска гума, што ги прави помалку растворливи.
Овие откритија набрзо довеле до јаглероден отпечаток, бихромат на гума за џвакање и други процеси на фотографско печатење засновани на диференцијално стврднување. Вообичаено, по изложувањето, незацврстениот дел бил исплакнат со топла вода, оставајќи тенок релјеф кој или содржел пигмент вклучен во текот на производството или потоа бил обоен со боја. Некои процеси зависеле само од стврднувањето, во комбинација со диференцијалната апсорпција на одредени бои од стврднатите или незацврстените области. Бидејќи некои од овие процеси овозможиле употреба на високо стабилни бои и пигменти, како што е саѓи, може да се направат отпечатоци со екстремно висок степен на архивска трајност и отпорност на избледување од продолжената изложеност на светлина.
Дихромираните колоиди исто така се користеле како фоторезисти во различни индустриски примени, најшироко при создавањето на метални печатарски плочи за употреба во процесите на фотомеханичко печатење.
''Интензивирањето на хромот'' или ''Photochromos'' користи калиум дихромат заедно со еднакви делови на концентрирана хлороводородна киселина разредена до приближно 10% v/v за третирање на слаби и тенки негативи на црно-бел фотографски ролни. Овој раствор повторно ги претвора елементарните сребрени честички во филмот во сребрен хлорид. По темелно миење и изложување на актинична светлина, филмот може повторно да се развие до својата крајна точка со што ќе се добие посилен негатив кој може да произведе позадоволителен отпечаток.
Растворот на калиум дихромат во сулфурна киселина може да се користи за да се добие негативен пресврт (т.е. позитивна транспарентност од негативен филм). Ова се постигнува со развивање на црно-бел филм, но дозволувајќи му на развојот да продолжи повеќе или помалку до крајната точка. Развојот потоа се запира со обилно миење и филмот потоа се третира во раствор на киселински дихромат. Ова го претвора сребрениот метал во сребрен сулфат, соединение кое е нечувствително на светлина. По темелно миење и изложување на актинична светлина, филмот повторно се развива што овозможува претходно неизложениот сребрен халид да се сведе на сребрен метал. Добиените резултати може да бидат непредвидливи, но понекогаш се добиваат одлични резултати при што се добиваат слики кои инаку би биле недостижни. Овој процес може да се поврзе со соларизација, така што крајниот производ наликува на негатив и е погоден за печатење на вообичаен начин.
Cr(VI) соединенијата имаат својство на сончање животински белковини кога се изложени на силна светлина. Овој квалитет се користи при фотографско печатење на екран.
При ситопечатење, фин екран од свила со завртки или сличен материјал се затегнува на рамка слична на начинот на кој се подготвува платното пред сликањето. Колоид сензибилизиран со дихромат се нанесува рамномерно на затегнатиот екран. Откако смесата од дихромат се суши, фотографска позитива со целосна големина е безбедно прикачена на површината на екранот, а целиот состав е изложен на силна светлина - времињата варираат од 3 минути до половина час на силна сончева светлина - стврднувајќи го изложениот колоид. Кога ќе се отстрани позитивата, неизложената смеса на екранот може да се измие со топла вода, оставајќи ја зацврстената смеса недопрена, делувајќи како прецизна маска на саканата шема, која потоа може да се испечати со вообичаениот процес на печатење на екран.
2.4 Аналитички реагенс
Бидејќи е нехигроскопски, калиум дихромат е вообичаен реагенс во класичните „влажни тестови“ во аналитичката хемија.
2.4.1 Одредување на етанол
Концентрацијата на етанол во примерокот може да се одреди со повторна титрација со закиселена калиум дихромат. Со реакција на примерокот со вишок на калиум дихромат, целиот етанол се оксидира до оцетна киселина:
: CH <sub>3</sub> CH<sub>2</sub>OH + 2[O] → CH <sub>3</sub> COOH + H<sub>2</sub>O
Целосна реакција на претворање на етанол во оцетна киселина:
: 3 C <sub>2</sub> H <sub>5</sub> OH + 2 K <sub>2</sub> Cr <sub>2</sub> O <sub>7</sub> + 8 H <sub>2</sub> SO <sub>4</sub> → 3 CH <sub>3</sub> COOH + 2 Cr <sub>2</sub> (SO <sub>4</sub> ) <sub>3</sub> + 2 K <sub>2</sub> SO <sub>4</sub> + 11 H<sub>2</sub>O
Вишокот на дихромат се одредува со титрација против натриум тиосулфат. Со додавање на количината на вишок дихромат од почетната количина, се добива количеството на присутен етанол. Точноста може да се подобри со калибрирање на растворот на дихромат во однос на празно.
Една од главните апликации за оваа реакција е во старите полициски алкотестови. Кога алкохолната пареа ќе дојде до контакт со портокаловите кристали обложени со дихромат, бојата се менува од Cr(VI) портокалова во Cr(III) зелена. Степенот на промена на бојата е директно поврзан со нивото на алкохол во здивот на осомничениот.
2.4.2 Сребрен тест
Кога се раствора во приближно 35% раствор на азотна киселина, тој се нарекува Швертеровиот раствор и се користи за тестирање на присуство на различни метали, особено за одредување на чистотата на среброто. Чистото сребро ќе го претвори растворот светло црвено, среброто ќе го претвори темноцрвено, среброто со ниска оценка (0,800) ќе стане кафеаво (во голема мера поради присуството на бакар кој го претвора растворот кафеав) па дури и зелено за 0,500 сребро. Месингот станува темно кафеав, бакарот станува кафеав, оловото и калајот стануваат жолти додека златото и паладиумот не се менуваат.
2.4.3 Тест за сулфур диоксид
Хартијата со калиум дихромат може да се користи за тестирање на сулфур диоксид, бидејќи се претвора од портокалово во зелено. Ова е типично за сите редокс реакции каде што шествалентен хром се сведува на тривалентен хром. Затоа, тоа не е убедлив тест за сулфур диоксид. Формираниот финален производ е Cr <sub>2</sub> (SO <sub>4</sub> ) <sub>3</sub> .
SO2 + K2Cr2O7 + 3H2SO4 -> K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 3H2O
2.5 Третман на дрво
Калиум дихромат се користи за боење на одредени видови дрво со затемнување на танините во дрвото. Создава длабока, богата кафена боја што не може да се постигне со модерни бои. Тоа е особено ефикасен третман за махагони.
3 Природна појава
Калиум дихромат природно се јавува како редок минерал лопезит. Пријавено е само како вуг пломби во нитратните наслаги во пустината Атакама во Чиле и во магматскиот комплекс Бушвелд во Јужна Африка.
4 Безбедност
Калиум дихромат е една од најчестите причини за хром дерматитис; хромот е многу веројатно да предизвика сензибилизација што доведува до дерматитис, особено на раката и подлактиците, кој е хроничен и тешко се лекува. Токсиколошките студии дополнително ја илустрирале неговата високо токсична природа. Со зајаци и глодари, концентрации до 14 mg/kg покажале стапка на смртност од 50% меѓу тест групите. Водните организми се особено ранливи доколку се изложени, па затоа се препорачува одговорно отстранување во согласност со локалните еколошки прописи.
Како и со другите Cr(VI) соединенија, калиум дихроматот е канцероген. Соединението е исто така корозивно и изложувањето може да предизвика сериозно оштетување на очите или слепило. Човечката изложеност дополнително ја опфаќа нарушената плодност.