پتاسیم کرومات

پتاسیم کرومات

1-مقدمه

کرومات پتاسیم یک ترکیب معدنی با فرمول (K2CrO4)  می باشد. این جامد زرد رنگ، نمک پتاسیم آنیون کرومات است. این ترکیب یک ماده شیمیایی آزمایشگاهی رایج است و کمتر استفاده صنعتی دارد در حالی که کرومات سدیم از نظر صنعتی مهم تر است.

از این ترکیب,دو شکل کریستالی شناخته شده است که هر دو بسیار شبیه به سولفات پتاسیم مربوطه هستند. β-K2CrO4 که ارتورومبیک شکل رایج است، اما بالای 66 درجه سانتیگراد به شکل α تبدیل می شود. این ساختارها پیچیده هستند، اگرچه سولفات هندسه چهار وجهی یا تتراهدرال معمولی را اتخاذ می کند.

 تاراپاکایت شکل طبیعی و معدنی کرومات پتاسیم است. این ماده ی معدنی طبیعی بسیار به ندرت یافت می شود و تاکنون تنها از چند محل در صحرای آتاکاما شناخته شده است.
پتاسیم فلزی نقره ‌ای مایل به سفید است که به اندازه‌ای نرم است که با چاقو با نیروی کمی بریده می‌شود. فلز پتاسیم به سرعت با اکسیژن اتمسفر واکنش نشان می دهد. در جدول تناوبی، پتاسیم یکی از فلزات قلیایی است که همه آنها دارای یک الکترون ظرفیت واحد در لایه الکترونی بیرونی هستند که به راحتی حذف می شود و یونی با بار مثبت ایجاد می کند - یک کاتیون که با آنیون ها ترکیب می شود و نمک تشکیل می دهد. . پتاسیم در طبیعت فقط در شکل نمک های یونی وجود دارد. پتاسیم عنصری به شدت با آب واکنش می دهد و گرمای کافی برای احتراق هیدروژن ساطع شده در واکنش ایجاد می کند و با شعله ای به رنگ یاسی می سوزد. این ماده به صورت محلول در آب دریا یافت می‌شود و در بسیاری از مواد معدنی مانند ارتوکلاز، ترکیب رایج گرانیت‌ها و سایر سنگ‌های آذرین وجود دارد.
نمک های کرومات حاوی آنیون کرومات، CrO2-4 هستند و نباید آنها را با نمک های دی کرومات حاوی آنیون دی کرومات، Cr2O2-7 هستند اشتباه گرفت. آنها اکسی آنیون های کروم در حالت اکسیداسیون 6+ هستند و عوامل اکسید کننده نسبتاً قوی می باشند. در یک محلول آبی، یون‌های کرومات و دی کرومات می‌توانند به یکدیگر تبدیل شوند. کرومات ها با پراکسید هیدروژن واکنش می دهند و محصولاتی را می دهند که در آنها پراکسید O2-2 جایگزین یک یا چند اتم اکسیژن می شود. در محلول اسید، پراکسو کمپلکس آبی ناپایدار، پراکسید اکسید کروم(VI)، CrO(O2)2 تشکیل می شود. این یک مولکول کووالانسی بدون بار است که ممکن است با اتر استخراج شود. افزودن پیریدین منجر به تشکیل کمپلکس پایدارتر CrO(O2)2py می شود.
نمک پتاسیم کرومات در محلول های آبی به یون مثبت پتاسیم و یون منفی کرومات تجزیه می شود. در محلول آبی، آنیون های کرومات و دی کرومات در یک تعادل شیمیایی وجود دارند.

واکنش های تراکمی بیشتر می تواند در محلول شدیدا اسیدی با تشکیل تری کرومات ها، Cr3O2-10، و تتراکرومات ها، Cr4O2-13 رخ دهد. تمام پلی‌اکسی انیون‌های کروم (VI) دارای ساختارهایی هستند که از واحدهای چهاروجهی یا تتراهدرال CrO4 با گوشه‌های مشترک تشکیل شده‌اند.
یون کرومات هیدروژن، HCrO4-، یک اسید ضعیف است:

همچنین یون کرومات با یون دی کرومات در تعادل است:

این تعادل شامل تغییری در غلظت یون هیدروژن نیست، که پیش‌بینی می‌کند که تعادل مستقل از pH است. یون هیدروژن کرومات ممکن است پروتونه شود، با تشکیل اسید کرومیک مولکولی، H2CrO4، اما pKa برای تعادل به خوبی مشخص نشده است مقادیر گزارش شده بین 0.8- و 1.6 متفاوت است.

در طی واکنش های اکسایش – کاهش و در محلول قلیایی، کروم (III) هیدروکسید تولید می شود. پتانسیل ردوکس یا اکسایش-کاهش نشان می دهد که کرومات ها عامل اکسیده ضعیف تری در محلول بازی نسبت به محلول اسیدی هستند.

2-تاریخچه

با آنکه کروم و پتاسیم با اختلاف ده سال در اواخیر قرن 18 و اوایل قرن 19 کشف شدند اما یون کرومات در سال های بعد تر از آن شناسایی و گزارش شد .( بین 40 تا 140 سال بعدتر گزارش شده است)

3-کاربردها

بر خلاف نمک سدیم ارزان‌تر، نمک پتاسیم عمدتاً برای کارهای آزمایشگاهی در شرایطی استفاده می‌شود که نمک بی آب مورد نیاز است. این ماده به عنوان یک عامل اکسید کننده در سنتز مواد آلی استفاده می شود. این ترکیب در تجزیه و تحلیل معدنی کیفی استفاده می شود، به عنوان مثال، از این ترکیب به عنوان یک آزمایش رنگ سنجی برای یون نقره بهره برده می شود. همچنین این محصول به عنوان یک شاخص در تیتراسیون رسوب سنجی با نیترات نقره و کلرید سدیم استفاده می شود (آنها را می توان به عنوان استاندارد و همچنین تیتر کننده برای یکدیگر استفاده کرد) زیرا کرومات پتاسیم در حضور بیش از حد یون های نقره قرمز می شود.

4-واکنش ها

رفتار کرومات های پتاسیم و سدیم به صورت محلول، دی بسیار مشابه است. هنگامی که با نیترات سرب (II) وارد واکنش می شود، یک رسوب زرد نارنجی، که همان کرومات سرب(II) را ایجاد می کند.

5-روش تولید

1-5-از طریق واکنش با یک باز (قلیا)

این ماده از طریق واکنش دی کرومات پتاسیم با هیدروکسید پتاسیم تهیه می شود:

2-5-همجوشی

این ترکیب از همجوشی هیدروکسید پتاسیم و اکسید کروم نیز تشکیل می شود.

6-تحقیقات جدید

با توجه به سمیت بالای این ترکیب, خارج از واکنش های آزمایشگاهی, به ندرت از این ماده استفاده می شود, با این حال برخی از کاربردها که در بخش های بالاتر به آنها اشاره شد, مستلزم این ترکیب هستند, لذا پژوهش هایی در روش تولید این ماده صورت گرفته است. در همین زمینه پروژه ای با عنوان "بررسی تولید پتاسیم کرومات از سنگ معدن کرومیت با استفاده از پتاسیم هیدروکسید و تزریق اکسیژن" به عنوان یک پایان نامه مورد بررسی و تحقیق قرار گرفته است و در  دانشگاه صنعتی اصفهان - دانشکده مهندسی مواد دفاع و چاپ شده است.

7-روش نگهداری

این ماده به دلیل داشتن یون کروم در خود برای سلامتی انسان و محیط زیست به شدت خطرناک می باشد. لذا در نگهداری آن بایستی بسیار دقت شود تا در ظرف در بسته و در محیط دارای تهویه مناسب نگهداری شود تا گرد و غبار این ماده وارد دستگاه تنفسی نشود.
از دیگر خصوصیات این ترکیب که بایستی به آن توجه نمود, خاصیت اکسندگی نسبتا بالای آن می باشد, در نتیجه نگهداری مواد کاهنده در کنار آن می تواند سبب ایجاد واکنش شدید شود و همچنین نگهداری آن در کنار فلزات و یا ظرف فلزی به هیچ وجه توصیه نمی شود.

8-ایمنی

مانند سایر ترکیبات کروم (VI)، کرومات پتاسیم نی سرطان زا است. این ترکیب همچنین خورنده است و قرار گرفتن در معرض آن ممکن است باعث آسیب شدید چشم یا کوری شود. قرار گرفتن انسان در معرض این ترکیب بیشتر سبب اختلال در باروری، آسیب ژنتیکی ارثی و آسیب به کودکان متولد نشده می شود.