Натрій дихромат. Очищення лабораторного скляного посуду. Обробка деревини

Дихромат натрію (натрій двохромовокислий) – сіль шестивалентного хрому у формі дигідрату. На вигляд яскраві оранжеві кристали, добре розчинні у воді, спиртах. Дихромат натрію є комерційно найбільш важливою сполукою хрому. З дихромату виробляють великий різновид пігментів, які застосовують для виготовлення фарб, чорнил, резини, пластику та кераміки. Широко використовується як інгібітор корозії та фунгіцид. А також дихромат натрію є окисником у багатьох процесах органічного синтезу, розчини біхромату у присутності кислот – сильні окисники у волюметричному аналізі.

Натрій дихромат у промисловості:

• дубильна речовина
• протрава, фіксатор барвників
• у електричних батареях
• у нафтопереробці
• електрохімічне травлення міді
• інгібітор корозії
• металообробка – хромування, гальванізація, пасивація, анодування, освітлення
• буріння свердловин – у складі бурового розчину 1,4-4,6 %
• виготовлення кольорового скла і кераміки
• виготовлення пігментів, зокрема хромового жовтого і оранжевого, хромового зеленого, оксиду хрому зеленого, гідратованого оксиду хрому зеленого
• фунгіцид, антисептик у лісовому господарстві
• пасиваційний захисний розчин для оброблення нержавіючої сталі – 22-28 % сульфатної кислоти і 2-3 % біхромату натрію в деіонізованій воді
• розчин біхромату натрію у сульфатній кислоті – окисник для отримання аліфатичних альдегідів і кетонів окисненням первинних і вторинних спиртів
• окиснює фенілгідроксиламін до нітрозобензолу, вихід 55 %
• окисник арилалканів
• вихідна речовина для синтезу хромовмісних сполук
• окисно-відновне титрування для визначення відновників у кислому середовищі

Очищення лабораторного скляного посуду та тефлонового обладнання

Дихромат натрію використовується для очищення лабораторного скляного посуду та тефлонового обладнання, за умови, коли немає необхідності контролювати сліди хрому, абсорбованого на склі. Процедура відбувається наступним чином: посуд обережно занурюють у розчин дихромату натрію у концентрованій сульфатній кислоті, зливають надлишки розчину та ретельно промивають дистильованою водою. Проходить екзотермічна реакція, тому працювати необхідно у витяжній шафі. Приготування кислого хроматного розчину: розчинити 5 г біхромату натрію у 5 мл води. Повільно додавати 100 мл концентрованої сульфатної кислоти, постійно перемішуючи та охолоджуючи розчин. Зберігати у скляній пляшці.

Натрій дихромат - сильний окисник

Дихроматометричне визначення заліза в окалині, продуктах корозії та інших матеріалах

В основі методики лежить реакція:

Щоб перевести залізо у Fe2+, розчин зразка попередньо пропускають через кадмієвий редуктор,

При відповідній пробопідготовці за методикою визначають масові частки заліза в ступенях окислення ІІ і ІІІ. Без відновлення на редукторі визначають тільки Fe(II) , а після відновлення – загальну кількість заліза.

Реактиви й обладнання

• Дихромат натрію, розчин С(Na₂Cr₂O₇) = 1/60 моль/л; готують розчиненyнм наважки Na₂Cr₂O₇, попередньо висушеної при 150 °С
• Хлороводнева кислота, концентрована  С(НCl) = 1 моль/л
• Пероксид водню, з масовою часткою W(H₂O₂) = 30 %
• Кадмієвий редуктор (зберігають заповненим дистильованою водою)
• Терези аналітичні
• Іономір, з індикаторним Pt електродом і хлоридсрібним електродом порівняння
• Магнітна мішалка
• Бюретка
• Стакани місткістю 100-150 мл
• Шпателі, скляні палички

Хід роботи

Наважку зразка (mo), що містить близько 0,1 г заліза, розчиняють при нагріванні у 20 мл концентрованої хлорводневої кислоти. Якщо розчинення неповне, додають по краплях пероксид водню. Додають 20 мл дистильованої води, кип’ятять протягом 3-5 хв, охолоджують і додають дистильовану воду до об’єму близько 50 мл.

Розчин пропускають через редуктор зі швидкістю 2 мл/хв, редуктор промивають 10-15 мл розчину НCl (C = 1 моль/л). Розчини об’єднують, переводять в електрохімічну комірку і титрують розчином двохромату натрію, реєструючи об’єм титранту і ЕРС. Першу пробу зразка титрують грубо, порціями титранту по 1 мл. Перед другою, повторною пробою розраховують орієнтовне значення об’єму титранту, щоб потім, титруючи, в межах стрибка потенціалу додавати титрант порціями по 2-3 краплі. Після стрибка продовжують титрувати до надлишку титранту в 15-20 %. Схему приладу та конструкцію редуктора наведено на рисинку нижче.

Обробка результатів

Використовуючи експериментальні дані залежності ЕРС від об’єму титранту, будують криву титрування, загальний вид якої наведено на рисунку. Іон діхромату – у рівновазі з іоном гідрохромату, lg K = 1,53 [I = 0], 1,97 [1,0], 2,17[3,0].
До точки стехіометрії концентрація [Cr₂O₇^2-] мізерна порівняно з [HCrO₄^-]. Враховуючи, що окислювачем є переважно мономір HCrO₄^-, у напівреакції відновлення якого бере участь (лише) 3 електрони, розраховують потенціал в стехіометричній точці (Еs) і відповідний об’єм титранту (Vs), Еs = (3 Е1+ Е2) / (3 + 1).
Масову частку заліза в зразку розраховують за рівнянням:
W= VsxC(Na₂Cr₂O₇)xM(Fe)/mo,
де M(Fe) = 55,847 г/моль – молярна маса заліза.

Зліва – прилад для потенціометричного титрування, справа – редуктор.
1 – штатив, 2 – комірка для титрування, 3 – бюретка, 4 – платиновий електрод, 5 – електрод порівняння, 6 – магнітна мішалка, 7 – іономір, 8 – скляна трубка, частково заповнена гранулами металічного кадмію, 9 – гранули металічного кадмію, 10 – пристрій, що регулює швидкість витікання розчину, 11 – розчин відновленого компонента.

Логарифми концентраційних констант рівноваги реакцій в системі

Логарифми концентраційних констант рівноваги реакцій в системі

Співставлення результатів спектроскопії УФ-Вид та математичного моделювання

Окиснення фенілгідроксиламіну до нітрозобензолу

Приклади використання дихромату натрію в органічному синтезі

4,5-Дихлоронафталевий ангідрид. До розчину 4,4 г (0,02 моль) 5,6-дихлороаценафтену в 300 мл безводної оцтової кислоти порціями при перемішуванні додавали 52,4 г (0,2 моль) безводного дихромату натрію. Реакційну суміш кип’ятили 6 годин, після чого додавали до неї 1 л води, осад відфільтровували і промивали водою. Одержаний продукт кип’ятили 1 годину з 200 мл 10% розчину гідроксиду натрію, нерозчинений залишок відфільтровували, фільтрат підкисляли 10% розчином сульфатної кислоти (до рН 3). Осад відфільтровували, промивали водою, сушили при 110°С. Процедуру переосадження повторяли 3 рази. Одержали 3 г (57%) 4,5-дихлоронафталевого ангідриду у вигляді білих кристалів, т. пл. 333-334°С. ІЧ спектр (KBr, см-1): 3042, 1772 (νC=O), 1734 (νC=O), 1600, 1570, 1282, 1206, 1152,1018. ЯМР 1 Н спектр (ДМСО-d6 відносно ТМС; δ, м.д., J, Гц): 8.50 д (2H), J23=8.0 (H2); 8.03 д (2H), J23=8.0 (H3).
4,5-Дибромонафталевий ангідрид. Одержували використовуючи 3,5 г (0,01 моль) 5,6-дибромоаценафтену в 100 мл безводної оцтової кислоти та 26,2 г (0,1 моль) безводного дихромату натрію. Одержали 0,84 г (36,5%) 4,5-дибромонафталевого ангідриду у вигляді світло-коричневих кристалів, т. пл. 366-368°С. ІЧ спектр (KBr, см-1): 3040, 1768 (νС=О), 1730 (νС=О), 1600, 1570, 1600, 1282, 1148, 1016. ЯМР 1 Н спектр (ДМСО-d6, відносно ТМС; δ, м.д., J, Гц): 8.34 д (2H), J23=7.6 (H2); 8.29 д (2H), J23=7.6 (H3).
4,5-Динітронафталевий ангідрид. Одержували використовуючи 1 г (0,004 моль) 5,6-динітроаценафтену в 30 мл безводної оцтової кислоти та 10,5 г (0,04 моль) безводного дихромату натрію. Одержали 0,8 г (70%) 4,5-динітронафталевого ангідриду у вигляді жовто-помаранчевих кристалів, т. пл. >350°С. ІЧ спектр (KBr, см-1): 3050, 1795 (νC=O), 1760 (νC=O), 1595, 1532 (νNO2), 1370, 1342 (νNO2), 1285, 1220, 1150, 1040, 838, 742. ЯМР 1 Н спектр (ДМСО-d6, відносно ТМС; δ, м.д., J, Гц): 8,79 д (2H), J23=7.6 (H2); 8.70 д (2H), J23=7.6 (H3).
4-Бромо-5-нітронафталевий ангідрид. Одержували використовуючи 2,8 г (0,01 моль) 5-бром-6-нітроаценафтену в 100 мл безводної оцтової кислоти 26,2 г (0,1 моль) безводного дихромату натрію. Одержали 1,9 г (33%) 4-бром-5-нітронафталевого ангідриду з т. пл. 310°С. ІЧ спектр (KBr, см-1): 3042, 1783 (νC=O), 1739(νC=O), 1593, 1543 (νNO2), 1380, 1326 (νNO2), 1288, 1218, 1123, 1039, 900, 807, 731. ЯМР 1 Н спектр (ДМСО-d6, відносно ТМС; δ, м.д., J, Гц): 8.68 д (1H), J67=7.6 (H7); 8.47 д (1H), J23=7.6 (H2); 8.44 д (1H), J67=7.6 (H6); 8.43 д (1H), J23=7.6 (H3).

Натрій дихромат в аналізі

Хімічне споживання кисню (ХСК) – один з показників, що характеризують окисність вод. Відповідно до ДЕРЖСТАНДАРТ 27065-86, під ХСК розуміють кількість кисню, яка споживається при хімічному окисненні органічних і неорганічних речовин, що містяться у воді, під дією різних окисників.

При визначенні ХСК для окиснення компонентів вод додається надлишок сильного окисника, залишкова кількість якого визначається титруванням і перераховується на еквівалентну кількість кисню. Найчастіше як окисники застосовуються перманганат- і дихромат-іони, іноді – сполуки церію (IV).

Найпоширенішим є дихроматний метод визначення ХСК (ХСКСr). Стандартна методика його заснована на окисненні компонентів вод 0,25 н. розчином натрій дихромату в 18 н. сульфатній кислоті при кип’ятінні розчину протягом 2 годин. Для більш повного окиснення використовують каталізатор сульфат срібла, для зв’язування хлорид-іонів додають сульфат ртуті (II). Витрату окисника визначають титруванням залишкового Cr₂O₇^2- розчином солі Мору і перераховують на еквівалентну кількість кисню. До недоліків цієї методики треба віднести значну тривалість аналізу, використання дорогого (Ag₂SO₄), корозійно-активного (Н₂SO₄) і токсичного (HgSO₄) реактивів і, у зв’язку із цим, вторинне забруднення вод. Крім того, через складність операцій і екстремальні умови окиснення, точність і відтворюваність результатів аналізу істотно залежить від навичок роботи лаборанта. При визначенні низьких значень ХСК (<30 мгО⋅дм−3) цей метод має велику похибку, тому не підходить для аналізу порівняно чистих вод − природних джерельних і озерних, вод господарсько-побутового призначення.

Обробка деревини

Обробка деревини найчастіше проводиться розчином (10 %) двохромовокислого натрію та сульфату міді (мідного купоросу) у співвідношенні 1:1.

Захист деревини повинен проводитися у комплексі, які спрямовані на продовження терміну служби дерев’яних конструкцій, здатних запобігти їх гниття, що надають їм додаткову міцність і стійкість до несприятливих впливів навколишнього середовища. Комплексний захист матеріалу від так званої біокорозії включає в себе обробку деревини ефективними антисептиками і покриттями. Для захисту від набрякання деревину просочують гідрофобними речовинами або покривають поверхню водостійкими фарбами і лаками. Але така обробка повністю не усуває сорбційного зволоження. Щоб повніше захистити деревину від набрякання, її просочують петролатумом, розплавом сірки, кремнійорганічними полімерами, гідрофобними антисептиками, поліетиленгліколем. Просочення підвищує опір стиранню, загниванню і дії хімічно агресивних середовищ. Просочену деревину застосовують для опор, стояків, щитів опалубки.

Промисловість, а також спалювання вугілля, є джерелами хрому в повітрі та воді. У шахтах з видобування хромової руди концентрація пилу хрому знаходиться в діапазонах від 1,3 до 16,9 мг/м3. При виробництві рафінованого ферохрому повітря робочої зони може містити велику кількість пилу (0,03–3,2 мг/м3). Кілька мільйонів працівників у всьому світі піддаються впливу парів, туману і пилу, що містять хром та його сполуки. З професійних ситуацій, найбільший ризик впливу хрому (VI) може виникнути під час виробництва хроматів, зварювання, виробництва хромових пігментів, під час хромування і фарбування розпиленням. Непрофесійні джерела впливу хрому включають продукти харчування, повітря і воду, але рівні, як правило, на кілька порядків нижчі, за ті, що зазвичай зустрічаються в професійних ситуаціях.

У клінічній картині виділяють дві форми отруєння сполуками хрому. Переважно легенева: кашель, частіше сухий, об'єктивно — бронхіт. При підвищеній чутливості до хрому може розвинутися бронхіальна астма. Легенева недостатність часто поєднується з серцевою внаслідок дистрофічних змін у міокарді та порушення його скорочувальної здатності. Провідна роль хрому у розвитку бронхолегеневої патології у працюючих має місце у виробництві хромових феросплавів.
При переважно шлунковій формі спостерігаються болі в епігастральній ділянці, печія, нудота, блювання, підвищене слиновиділення, проноси або запори. Різні ступені ураження шлунково-кишкового тракту — від дискінетичних функціональних розладів і ознак подразнення слизових до гастриту і виразкової хвороби дванадцятипалої кишки. Навіть стаціонарне лікування не гарантує тривалої ремісії, якщо не перерваний контакт з хромом. Припинення контакту з хромом на початку інтоксикації веде до зворотного розвитку окремих симптомів, при припиненні контакту в більш пізній період процес, хоча і повільно, але прогресує, особливо при легеневій формі.

Серед робітників хромових виробництв спостерігається підвищена захворюваність на рак легенів. Латентний період розвитку раку у робітників хромових рудників і хромового виробництва становив у середньому 13–14,5 року. Захворювання фіксувалися під час роботи, а також через багато років після припинення контакту з сполуками хрому.
Хромові дерматити, як правило, розвиваються на кистях рук або передпліччях, на обличчі, особливо на повіках. Захворювання шкіри і підвищення чутливості до хрому спостерігалися у 16 % від числа обстежених. Сенсибілізація може розвинутися і після декількох років роботи. Після припинення контакту з хромом захворювання зазвичай припиняється.

Епідеміологічні дослідження, проведені в Італії, Японії, Великобританії та СІЛА, показали підвищення ризику розвитку раку легенів серед працівників у галузі виробництва хроматів. Працівники у цій галузі можуть піддаватися впливу різних форм хрому, в тому числі сполук хрому (VI) і (III). Крім того, дослідження, проведені у Франції, Нідерландах, Норвегії, Великобританіі щодо зайнятих у виробництві пігментів на основі хроматів також показали підвищення ризику розвитку раку легенів. Працівники цієї галузі піддаються впливу хроматів не лише з хроматовмісними пігментами, а й сполук розчинного хрому (VI), що використовується у виробництві в якості сировини. Цей ризик розвитку раку легенів був чітко встановлений на підприємствах, де виробляється хромат цинку.
Існує достатньо свідчень щодо канцерогенності сполук хрому (VI) при виробництві хроматів, хромових пігментів і при хромуванні. Немає доказів щодо канцерогенності для людини металевого хрому та сполук хрому (III). Існує достатньо доказів на експериментальних тваринах про канцерогенність хроматів кальцію, цинку, стронцію та свинцю.
Існують обмежені свідчення для експериментальних тваринах щодо канцерогенності тріоксиду хрому (хромової кислоти) і дихромату натрію. Немає достатніх доказів для експериментальних тварин щодо канцерогенності металевого хрому, хромату барію і сполук хрому (III).

Питання-відповідь

Питання: Чим відрізняється двохромовокислий натрій від двохромовокислого калію?

Відповідь: Дихромат натрію майже у 20 разів більш розчинний у воді та має меншу масу еквіваленту, ніж дихромат калію. Саме тому у промисловості більше використовується натрій двохромовокислий. А от калій дихромат є дуже важливою сполукою для аналізу. Адже калію дихромат відповідає всім умовам до вихідних речовин для титриметрії, тобто можна готувати розчини розчиненням наважки солі. Також окисні властивості дихромату калію використовують для визначення етанолу, тестів на срібло та діоксид сірки.

Питання: Як за допомогою натрію двохромовокислого почистити автомобільний двигун від нагару?

Відповідь: Склад розчину для видалення нагару: сода кальцинована - 30 г/л; сода каустична (гідроксид натрію) - 25 г/л; скло рідке натрієве - 10 г/л; мило господарське - 8 г/л; натрій двохромовокислий - 5 г/л. Нагріти до 80-95 °С. Обробка повинна тривати до 3-х годин.

Питання: Хімічне оксидування алюмінію і сплавів дихроматом натрію - як проводити?

Відповідь: Натрій двохромовокислий ТМ «Клебрiг» входить до складу спеціального хімічного розчину, призначеного для утворення захисної оксидної плівки на поверхні алюмінію. Таку обробку металевих виробів проводять, наприклад, перед фарбуванням. Інгредієнти: дихромат натрію – 1,5 г/л; карбонат натрію (кальцинована сода) – 5 г/л. Розігріти розчин до 80-100 °С. Тривалість обробки 3-5 хв. Після обробки деталь занурюють у підігрітий розчин хромового ангідриду для видалення залишків реагентів, промивають і сушать.

Питання: Як приготувати інгібітор корозії в охолоджувальних системах дизелів.

Відповідь: Рекомендовані склади антикорозійних розчинів:

• Натрій двохромовокислий - 500 мг/л; нітрит натрію - 500 мг/л; сода кальцинована - 500 мг/л.
• Натрій двохромовокислий - 1000 мг/л; сода кальцинована - 400 мг/л.