Ácido cromico
El ácido crómico es un ácido inorgánico compuesto por los elementos cromo, oxígeno e hidrógeno. Es un polvo sólido similar a la arena, de color rojo púrpura oscuro, inodoro. Cuando se disuelve en agua, es un ácido fuerte.
Hay 2 tipos de ácido crómico, son: ácido crómico molecular con la fórmula H
2CrO
4 y ácido dicrómico con la fórmula H
2Cr
2O
7.
El término ácido crómico generalmente se usa para una mezcla hecha agregando ácido sulfúrico concentrado a un dicromato, que puede contener una variedad de compuestos, incluido el trióxido de cromo sólido. Este tipo de ácido crómico se puede utilizar como mezcla de limpieza para vidrio. El ácido crómico también puede referirse a la especie molecular, H2CrO4 de la cual el trióxido es el anhídrido. El ácido crómico presenta cromo en un estado de oxidación de +6 (o VI). Es un agente oxidante fuerte y corrosivo y un cancerígeno moderado.
Ácido crómico molecular
El ácido crómico molecular, H2CrO4, tiene mucho en común con el ácido sulfúrico, H2SO4. Solo el ácido sulfúrico puede clasificarse como parte de la lista de 7 ácidos fuertes. Debido a las leyes pertinentes al concepto de "energía de ionización de primer orden", el primer protón se pierde más fácilmente. Se comporta de manera extremadamente similar a la desprotonación con ácido sulfúrico. Dado que el proceso de titulaciones ácido-base polivalentes tiene más de un protón (especialmente cuando el ácido es la sustancia inicial y la base es el valorante), los protones solo pueden salir de un ácido uno a la vez. Por lo tanto, el primer paso es el siguiente:
- H2CrO4 [HCrO]4]− + H+
El pKa para el equilibrio no está bien caracterizado. Los valores informados varían entre -0,8 y 1,6. El valor con fuerza iónica cero es difícil de determinar porque la mitad de la disociación solo ocurre en una solución muy ácida, a un pH de aproximadamente 0, es decir, con una concentración de ácido de aproximadamente 1 mol dm−3. Otra complicación es que el ion [HCrO4]− tiene una marcada tendencia a dimerizarse, con la pérdida de una molécula de agua, para formar el ion dicromato, [Cr2O7]2−:
- 2 [HCrO4]− [Cr]2O7]2 - 2 + H2O logKD= 2.05.
Además, el dicromato se puede protonar:
- [HCr]2O7]− [Cr]2O7]2 - 2 + H+ pK= 1.8
El valor de pK para esta reacción muestra que se puede ignorar a pH > 4.
La pérdida del segundo protón se produce en el rango de pH de 4 a 8, lo que convierte al ion [HCrO4]− en un ácido débil.
En principio, el ácido crómico molecular podría obtenerse agregando trióxido de cromo al agua (cf. fabricación de ácido sulfúrico).
- CrO3 + H2O ⇌ H2CrO4
pero en la práctica la reacción inversa ocurre cuando el ácido crómico molecular se deshidrata. Esto es lo que sucede cuando se agrega ácido sulfúrico concentrado a una solución de dicromato. Al principio, el color cambia de naranja (dicromato) a rojo (ácido crómico) y luego precipitan cristales de trióxido de cromo de color rojo intenso de la mezcla, sin más cambios de color. Los colores se deben a transiciones LMCT.
El trióxido de cromo es el anhídrido del ácido crómico molecular. Es un ácido de Lewis y puede reaccionar con una base de Lewis, como la piridina, en un medio no acuoso como el diclorometano (reactivo de Collins).
Ácido dicrómico
El ácido dicrómico, H2Cr2O7 es la forma completamente protonada del ion dicromato y también puede verse como el producto de agregar trióxido de cromo al ácido crómico molecular. El ácido dicrómico se comportará exactamente de la misma manera cuando reaccione con un alcohol primario o secundario. La advertencia a esta declaración es que un alcohol secundario no se oxidará más allá de una cetona, mientras que un alcohol primario se oxidará a un aldehído para el primer paso del mecanismo y luego se oxidará nuevamente a un ácido carboxílico, dependiendo de que no esté significativamente estérico. obstáculo que impida esta reacción.
El ácido dicrómico sufre la siguiente reacción:
- [Cr.2O7]2 - 2 + 2H+ ⇌ H2Cr2O7 ⇌ H2CrO4 + CrO3
Probablemente esté presente en las mezclas de limpieza con ácido crómico junto con el ácido cromosulfúrico mixto H2CrSO7.
Usos
El ácido crómico es un intermedio en el cromado y también se usa en esmaltes cerámicos y vidrios coloreados. Debido a que una solución de ácido crómico en ácido sulfúrico (también conocida como mezcla sulfocrómica o ácido cromosulfúrico) es un poderoso agente oxidante, puede usarse para limpiar material de vidrio de laboratorio, particularmente de residuos orgánicos que de otro modo serían insolubles. Esta aplicación ha rechazado debido a preocupaciones ambientales. Además, el ácido deja rastros de iones crómicos paramagnéticos (Cr3+) que pueden interferir con ciertas aplicaciones, como la espectroscopia de RMN. Este es especialmente el caso de los tubos de RMN. La solución Piranha se puede utilizar para la misma tarea, sin dejar residuos metálicos.
El ácido crómico se usaba mucho en la industria de reparación de instrumentos musicales, debido a su capacidad para "aclarar" latón crudo. Un baño de ácido crómico deja una pátina de color amarillo brillante en el latón. Debido a la creciente preocupación por la salud y el medio ambiente, muchos han dejado de usar este producto químico en sus talleres de reparación.
Se usó en tintes para el cabello en la década de 1940, bajo el nombre de Melereon.
Se utiliza como blanqueador en el proceso de inversión de fotografías en blanco y negro.
Reacciones
El ácido crómico es capaz de oxidar muchos tipos de compuestos orgánicos y se han desarrollado muchas variaciones de este reactivo:
- El ácido cromérico en ácido sulfúrico acuoso y la acetona se conoce como el reactivo Jones, que oxidará alcoholes primarios y secundarios a ácidos carboxílicos y cetonas respectivamente, mientras que rara vez afectan los bonos insaturados.
- El clorocromato de piridinio se genera a partir de trióxido de cromo y cloruro de piridinio. Este reactivo convierte alcoholes primarios a los aldehídos correspondientes (R-CHO).
- Collins reagent es un adducto de trióxido de cromo y piridina usado para diversas oxidaciones.
- Chromyl chloride, CrO2Cl2 es un compuesto molecular bien definido que se genera a partir del ácido cromo.
Transformaciones ilustrativas
- Oxidación de metilbencenos a ácidos benzoicos.
- Tijera oxidativa de indena al ácido homofálico.
- Oxidación del alcohol secundario a la ketona (ciclooctanona) y la nortriciclona.
Uso en análisis orgánico cualitativo
En química orgánica, se pueden usar soluciones diluidas de ácido crómico para oxidar alcoholes primarios o secundarios a los aldehídos y cetonas correspondientes. De manera similar, también se puede usar para oxidar un aldehído a su ácido carboxílico correspondiente. Los alcoholes terciarios y las cetonas no se ven afectados. Debido a que la oxidación se señala mediante un cambio de color de naranja a verde pardusco (lo que indica que el cromo se reduce del estado de oxidación +6 a +3), el ácido crómico se usa comúnmente como reactivo de laboratorio en la escuela secundaria o en la universidad de pregrado como prueba analítica cualitativa. por la presencia de alcoholes primarios o secundarios, o aldehídos.
Reactivos alternativos
En las oxidaciones de alcoholes o aldehídos en ácidos carboxílicos, el ácido crómico es uno de varios reactivos, incluidos varios que son catalíticos. Por ejemplo, las sales de níquel (II) catalizan oxidaciones por lejía (hipoclorito). Los aldehídos se oxidan con relativa facilidad a ácidos carboxílicos, y los agentes oxidantes suaves son suficientes. Se han utilizado compuestos de plata (I) para este propósito. Cada oxidante ofrece ventajas y desventajas. En lugar de usar oxidantes químicos, a menudo es posible la oxidación electroquímica.
Seguridad
Los compuestos de cromo hexavalente (incluidos el trióxido de cromo, los ácidos crómicos, los cromatos y los clorocromatos) son tóxicos y cancerígenos. Por esta razón, la oxidación con ácido crómico no se utiliza a escala industrial excepto en la industria aeroespacial.
El trióxido de cromo y los ácidos crómicos son oxidantes fuertes y pueden reaccionar violentamente si se mezclan con sustancias orgánicas fácilmente oxidables. Pueden producirse incendios o explosiones.
Las quemaduras por ácido crómico se tratan con una solución diluida de tiosulfato de sodio.