Дихромат натрия

Дихромат натрия (бихромат натрия, натриевая соль дихромовой кислоты) — неорганическое соединение, химическая формула Na₂Cr₂O₇. Представляет собой кристаллическое вещество оранжево-красного цвета, гигроскопичное, хорошо растворимое в воде. Является сильным окислителем, токсичен и канцерогенен. В промышленности используется как исходное сырьё для получения хрома и его соединений, в производстве пигментов, дубителей кожи, ингибиторов коррозии и в органическом синтезе.

Физические и химические свойства

Физические свойства

Дихромат натрия в безводной форме представляет собой оранжево-красные кристаллы моноклинной сингонии. Плотность составляет 2,52 г/см³. Температура плавления — 356,7 °C, при нагревании выше 400 °C разлагается с выделением кислорода и образованием оксида хрома(III) и хромата натрия. Вещество чрезвычайно гигроскопично, на воздухе быстро расплывается, поглощая влагу. Растворимость в воде высокая: при 20 °C — 73,2 г/100 г воды, при 100 °C — 89,3 г/100 г воды. Водные растворы имеют кислую реакцию (pH 1%-ного раствора около 4). Дихромат натрия также растворим в метаноле, этаноле и ацетоне, нерастворим в эфире.

Наиболее распространённая коммерческая форма — дигидрат Na₂Cr₂O₇·2H₂O, который представляет собой оранжево-красные кристаллы, плавящиеся при 100 °C с потерей кристаллизационной воды. Безводную соль получают сушкой дигидрата при 150–200 °C.

Химические свойства

Дихромат натрия — сильный окислитель. В кислой среде восстанавливается до солей хрома(III), при этом окислительная способность значительно возрастает. Стандартный окислительно-восстановительный потенциал пары Cr₂O₇²⁻/Cr³⁺ в кислой среде составляет +1,33 В.

Основные химические реакции:

• Окисление органических веществ: дихромат натрия в сернокислом растворе (хромовая смесь) окисляет спирты до альдегидов и карбоновых кислот, ароматические углеводороды — до хинонов.
• Взаимодействие с щелочами: при добавлении щелочи (NaOH) равновесие смещается в сторону образования хромата натрия (жёлтый цвет), реакция обратима:

Na₂Cr₂O₇ + 2NaOH → 2Na₂CrO₄ + H₂O

• Термическое разложение: при нагревании выше 500 °C разлагается:

4Na₂Cr₂O₇ → 4Na₂CrO₄ + 2Cr₂O₃ + 3O₂↑

• Реакция с концентрированной серной кислотой: образуется хромовый ангидрид (CrO₃):

Na₂Cr₂O₇ + H₂SO₄ → 2CrO₃ + Na₂SO₄ + H₂O

История

Дихромат натрия был впервые получен в начале XIX века. В 1820-х годах французский химик Луи-Николя Воклен, изучая свойства хромовых соединений, описал получение дихромата натрия. Промышленное производство началось в середине XIX века с развитием химической промышленности, когда хромовые соединения стали широко применяться в кожевенном и текстильном производстве. В России первое производство дихромата натрия было организовано в 1870-х годах на Урале, где имелись месторождения хромовой руды.

Получение

Промышленное получение дихромата натрия основано на переработке хромовой руды — хромита FeCr₂O₄. Основные стадии процесса:

1. Обжиг хромита: измельчённую руду смешивают с карбонатом натрия (содой) и обжигают в печах при 1000–1200 °C в присутствии кислорода воздуха:

4FeCr₂O₄ + 8Na₂CO₃ + 7O₂ → 8Na₂CrO₄ + 2Fe₂O₃ + 8CO₂↑

1. Выщелачивание: полученный спек (содержащий хромат натрия) выщелачивают горячей водой, отделяя нерастворимый оксид железа(III).

1. Подкисление: раствор хромата натрия обрабатывают серной кислотой для перевода в дихромат:

2Na₂CrO₄ + H₂SO₄ → Na₂Cr₂O₇ + Na₂SO₄ + H₂O

1. Кристаллизация: раствор упаривают, кристаллизуют дихромат натрия, отделяют от маточного раствора и сушат.

В лабораторных условиях дихромат натрия может быть получен окислением соединений хрома(III) в щелочной среде (например, гипохлоритом натрия) с последующим подкислением.

Применение

Производство хрома и его соединений

Дихромат натрия является ключевым промежуточным продуктом в производстве металлического хрома, оксида хрома(III) (зелёного пигмента), хромовых квасцов и других солей хрома. Восстановлением дихромата натрия углеродом или алюминием получают металлический хром.

Кожевенная промышленность

Используется для дубления кож (хромовое дубление). Дихромат натрия восстанавливают в растворе до соединений хрома(III), которые образуют прочные комплексы с коллагеном кожи, придавая ей устойчивость к гниению и механическую прочность.

Производство пигментов

Применяется для синтеза неорганических пигментов: хромового жёлтого (PbCrO₄), хромового оранжевого, хромового зелёного (смесь хромового жёлтого и берлинской лазури), а также зелёного оксида хрома.

Металлообработка и защита от коррозии

Входит в состав составов для пассивации металлов, создания защитных хроматных покрытий на алюминии, цинке, магнии. Используется в рецептурах ингибиторов коррозии для систем охлаждения и нефтепромыслового оборудования.

Органический синтез

В лабораторной практике и промышленности — как окислитель для получения альдегидов, кетонов, хинонов, карбоновых кислот. Хромовая смесь (раствор дихромата натрия в серной кислоте) традиционно применяется для очистки лабораторной посуды от органических загрязнений.

Аналитическая химия

Используется в титриметрическом анализе (дихроматометрия) для определения содержания восстановителей (железа(II), сульфитов, иодидов и др.). Стандартный раствор дихромата калия более стабилен, но дихромат натрия также применяется.

Прочие области

• В фотографии — как компонент отбеливающих растворов.
• В производстве спичек и пиротехники — как окислитель.
• В текстильной промышленности — для фиксации красителей.
• В производстве катализаторов (например, для дегидрирования углеводородов).

Токсичность и опасность

Дихромат натрия относится к веществам 1-го класса опасности (чрезвычайно опасные). Он токсичен при вдыхании, проглатывании и попадании на кожу. Основные опасности:

• Канцерогенность: соединения хрома(VI) признаны Международным агентством по изучению рака (МАИР) канцерогенными для человека (группа 1). Длительное воздействие повышает риск рака лёгких, носовой полости и околоносовых пазух.
• Раздражение и коррозия: вызывает сильное раздражение кожи, глаз и дыхательных путей. При контакте с кожей возможны химические ожоги, язвы и дерматиты («хромовые язвы»).
• Аллергические реакции: сенсибилизация кожи и дыхательных путей, возможна астма.
• Острая токсичность: LD50 для крыс при пероральном введении — около 50 мг/кг. Симптомы отравления: тошнота, рвота, диарея, поражение почек и печени, гемолиз.

Предельно допустимая концентрация (ПДК) в воздухе рабочей зоны для дихромата натрия (в пересчёте на CrO₃) — 0,01 мг/м³. Работа с веществом требует использования средств индивидуальной защиты (респираторы, защитные очки, перчатки, спецодежда), а также эффективной вентиляции.

Экологические аспекты

Соединения хрома(VI), включая дихромат натрия, являются опасными загрязнителями окружающей среды. При попадании в водоёмы и почву они токсичны для водных организмов, растений и животных. В природных условиях хром(VI) может восстанавливаться до менее токсичного хрома(III), однако этот процесс медленный и зависит от pH среды, наличия органических веществ.

Предприятия по производству дихромата натрия являются источниками выбросов хромсодержащей пыли и сточных вод. В России и других странах действуют строгие нормативы по очистке выбросов и сбросов, а также по утилизации отходов, содержащих хром(VI). Современные технологии предусматривают замкнутые циклы водопользования и восстановление хрома(VI) до хрома(III) перед сбросом.

Хранение и транспортировка

Дихромат натрия хранят в герметично закрытой таре (стальные барабаны, полиэтиленовые мешки, контейнеры) в сухих, хорошо вентилируемых помещениях, отдельно от горючих веществ, восстановителей, кислот и органических материалов. Транспортируется как опасный груз класса 5.1 (окислители) с маркировкой «Окислитель», «Токсично». В России действуют правила перевозки опасных грузов (ДОПОГ/МОПОГ).

Источники

1. Химическая энциклопедия: в 5 т. / Редкол.: И. Л. Кнунянц (гл. ред.) и др. — М.: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1.
2. Лидин Р. А., Молочко В. А., Андреева Л. Л. Химические свойства неорганических веществ. — М.: Химия, 2000.
3. Вредные вещества в промышленности: Справочник / Под ред. Н. В. Лазарева, Э. Н. Левиной. — Л.: Химия, 1976. — Т. 3.
4. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. — Wiley-VCH, 2012. — Vol. 9: Chromium Compounds.
5. ГОСТ 2651-78 «Дихромат натрия технический. Технические условия».
6. СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания».