Дихромат калия

Дихромат калия (K₂Cr₂O₇) — неорганическое соединение, калиевая соль дихромовой кислоты. Представляет собой кристаллическое вещество оранжево-красного цвета, сильный окислитель. Широко применяется в химической промышленности, лабораторной практике, фотографии и пиротехнике. Относится к токсичным и канцерогенным веществам первого класса опасности.

Физические и химические свойства

Физические свойства

Дихромат калия образует оранжево-красные кристаллы моноклинной сингонии. Плотность составляет 2,68 г/см³. Температура плавления — 398 °C, при дальнейшем нагревании разлагается без кипения. Растворимость в воде: при 20 °C — 12,5 г/100 мл, при 100 °C — 102 г/100 мл. Водные растворы имеют кислую реакцию (pH около 4). Нерастворим в спирте и эфире.

Химические свойства

В водных растворах дихромат калия диссоциирует на ионы калия и дихромат-ионы Cr₂O₇²⁻. В щелочной среде дихромат-ион переходит в хромат-ион CrO₄²⁻, окрашивая раствор в жёлтый цвет:

• Cr₂O₇²⁻ + 2OH⁻ → 2CrO₄²⁻ + H₂O

При подкислении равновесие смещается обратно.

Дихромат калия является сильным окислителем. В кислой среде восстанавливается до соединений хрома(III), обычно до зелёного сульфата хрома(III) Cr₂(SO₄)₃:

• K₂Cr₂O₇ + 4H₂SO₄ + 3C₂H₅OH → Cr₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + 3CH₃CHO + 7H₂O (реакция «дихроматного окисления» спиртов).

При нагревании с концентрированной серной кислотой выделяет хромовый ангидрид CrO₃ — красные кристаллы, используемые для очистки лабораторной посуды.

Получение

В промышленности дихромат калия получают из хромистого железняка (FeCr₂O₄). Основные стадии:

1. Спекание руды с карбонатом калия и известью при 1000–1200 °C в окислительной атмосфере:

• 4FeCr₂O₄ + 8K₂CO₃ + 7O₂ → 2Fe₂O₃ + 8K₂CrO₄ + 8CO₂

1. Выщелачивание плава водой, фильтрация нерастворимого оксида железа(III).
2. Обработка раствора хромата калия серной кислотой для перевода в дихромат:

• 2K₂CrO₄ + H₂SO₄ → K₂Cr₂O₇ + K₂SO₄ + H₂O

1. Кристаллизация дихромата калия при охлаждении раствора.

В лабораторных условиях может быть получен окислением хрома(III) в щелочной среде с последующим подкислением.

Применение

В химической промышленности

• Окислитель в органическом синтезе: используется для окисления спиртов до альдегидов и кетонов, а также для получения карбоновых кислот.
• Производство хромовых соединений: служит сырьём для получения хромовых квасцов, хромового ангидрида, пигментов (например, хромово-оранжевого).
• Аналитическая химия: применяется как первичный стандарт для титрования (метод иодометрии), для определения концентрации восстановителей (железо(II), сульфиты, нитриты).

В лабораторной практике

• Хромовая смесь: раствор дихромата калия в концентрированной серной кислоте используется для мытья химической посуды, удаления органических загрязнений. В настоящее время из-за токсичности и экологических проблем заменяется менее опасными моющими средствами.
• Индикатор в окислительно-восстановительных реакциях: изменение окраски с оранжевой на зелёную позволяет визуально определять точку эквивалентности.

В фотографии

В XIX — начале XX века дихромат калия использовался в процессах гуммиарабиковой печати и пигментной фотографии благодаря способности органических коллоидов (желатин, гуммиарабик) под действием света и дихромата становиться нерастворимыми.

В пиротехнике

Применяется в составе окислительных смесей для создания оранжевого пламени в фейерверках и сигнальных ракетах. В смеси с магнием или алюминием даёт яркую вспышку.

В других отраслях

• Дубление кожи: используется как окислитель в процессах хромового дубления.
• Производство спичек: входит в состав зажигательных масс.
• Консервация древесины: применяется для пропитки шпал и столбов, повышая стойкость к гниению (в настоящее время ограничено из-за токсичности).

Токсикология и безопасность

Дихромат калия является токсичным веществом первого класса опасности. Основные риски:

• Канцерогенность: соединения хрома(VI) признаны Международным агентством по изучению рака (IARC) канцерогенами для человека (группа 1). При вдыхании пыли повышается риск рака лёгких.
• Раздражение кожи и слизистых: вызывает дерматиты, язвы («хромовые язвы»), при попадании в глаза — конъюнктивит и кератит.
• Токсичность при проглатывании: смертельная доза для человека — 1–3 г. Симптомы отравления: тошнота, рвота, диарея, поражение почек и печени, гемолиз.

Меры предосторожности: работа в вытяжном шкафу, использование резиновых перчаток, защитных очков и респиратора. При попадании на кожу — немедленное промывание большим количеством воды, затем обработка раствором тиосульфата натрия.

Экологические аспекты

Сброс дихромата калия в сточные воды запрещён из-за высокой токсичности для водных организмов. Предельно допустимая концентрация (ПДК) в воде водоёмов — 0,02 мг/л. Очистка стоков от хрома(VI) проводится восстановлением до хрома(III) (например, сульфитом натрия) с последующим осаждением в виде гидроксида.

Интересные факты

• Дихромат калия используется в «хромовой смеси» для мытья лабораторной посуды с XIX века, однако в современных лабораториях её применение сокращается из-за экологических требований.
• В кристаллическом виде дихромат калия гигроскопичен, но менее, чем дихромат натрия, поэтому предпочтителен для приготовления стандартных растворов.
• Реакция окисления спирта дихроматом калия в кислой среде используется в алкотестерах: изменение цвета с оранжевого на зелёный указывает на наличие этанола в выдыхаемом воздухе.

Источники

• Химическая энциклопедия. Том 2. — М.: Советская энциклопедия, 1990.
• Лидин Р. А., Молочко В. А., Андреева Л. Л. Химические свойства неорганических веществ. — М.: Химия, 2000.
• Коттон Ф., Уилкинсон Дж. Современная неорганическая химия. Часть 3. — М.: Мир, 1969.
• ГОСТ 12.1.007-76. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности.
• IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans. Volume 100C: Chromium, Nickel and Welding. — Lyon: IARC, 2012.