Ácido crómico

¿Qué es el ácido crómico?

El ácido crómico, o H₂CrO₄, es teóricamente el ácido asociado al óxido de cromo (VI) u óxido crómico CrO₃. Esta denominación se debe a que en las soluciones acuosas ácidas del óxido crómico la especie H₂CrO₄ está presente junto con otras especies de cromo (VI).

El óxido crómico CrO₃ también es llamado ácido crómico anhidro. El CrO₃ es un sólido marrón rojizo o púrpura que se obtiene al tratar soluciones de dicromato de potasio K₂Cr₂O₇ con ácido sulfúrico H₂SO₄.

Las soluciones acuosas de óxido crómico experimentan un equilibrio de ciertas especies químicas cuya concentración depende del pH de la solución. A pH básico predominan los iones cromato CrO₄^2-, mientras que a pH ácido predominan los iones HCrO₄^– y dicromato Cr₂O₇^2-. Se cree que a pH ácido también esté presente el ácido crómico H₂CrO₄.

Por su gran poder oxidante, las soluciones de ácido crómico se utilizan en química orgánica para efectuar reacciones de oxidación. También se utilizan en procesos electroquímicos para tratar metales de manera que adquieran resistencia a la corrosión y al desgaste.

Ciertos materiales poliméricos también se tratan con ácido crómico para mejorar su adherencia a metales, pinturas y otras sustancias.

Las soluciones de ácido crómico son altamente peligrosas tanto para el ser humano como para la mayoría de los animales y el medio ambiente. Por esta razón, los desechos líquidos o sólidos de procesos donde se utiliza ácido crómico son tratados para eliminar los restos de cromo (VI) o para recuperar el cromo presente y regenerar el ácido crómico para reutilizarlo.

Estructura del ácido crómico

La molécula del ácido crómico H₂CrO₄ está formada por un ión cromato CrO₄^2- y dos iones hidrógeno H⁺ unidos a este. En el ion cromato, el cromo se encuentra en un estado de oxidación de +6.

La estructura espacial del ion cromato es tetraédrica, donde el cromo está en el centro y los oxígenos ocupan los cuatro vértices del tetraedro.

En el ácido crómico, los átomos de hidrógeno están cada uno junto a un oxígeno. De los cuatro enlaces del cromo con los átomos de oxígeno, dos son dobles y dos simples, pues estos tienen los hidrógenos unidos a ellos.

Por otra parte, el óxido crómico CrO₃ posee un átomo de cromo en estado de oxidación +6 rodeado de solo tres átomos de oxígeno.

Nomenclatura del ácido crómico

• Ácido crómico H₂CrO₄
• Ácido tetraoxocrómico H₂CrO₄
• Óxido crómico (ácido crómico anhidro) CrO₃
• Trióxido de cromo (ácido crómico anhidro) CrO₃

Propiedades del ácido crómico

• Estado físico. El ácido crómico anhidro u óxido crómico es un sólido cristalino de púrpura a rojo.
• Peso molecular. CrO₃: 118,01 g/mol.
• Punto de fusión. CrO₃: 196 ºC. Por encima de su punto de fusión es térmicamente inestable, pierde oxígeno (se reduce) para dar óxido de cromo (III) Cr₂O₃. Se descompone a aproximadamente 250 ºC.
• Densidad. CrO₃: 1,67-2,82 g/cm³
• Solubilidad. El CrO₃ es muy soluble en agua: 169 g/100 g de agua a 25 ºC. Es soluble en ácidos minerales como sulfúrico y nítrico. Soluble en alcohol.
• Otras propiedades. El CrO₃ es muy higroscópico, sus cristales son delicuescentes. Cuando el CrO₃ se disuelve en agua forma soluciones fuertemente ácidas. Es un oxidante muy potente. Oxida vigorosamente la materia orgánica en casi todas sus formas. Ataca tela, cuero y algunos plásticos. También ataca la mayoría de los metales. Es fuertemente venenoso y muy irritante debido a su alto potencial oxidante.

Química de las soluciones acuosas donde está presente el ácido crómico

El óxido crómico CrO₃ se disuelve rápidamente en agua. En solución acuosa, el cromo (VI) puede existir bajo diferentes formas iónicas.

A pH > 6,5 o en solución alcalina el cromo (VI) adquiere la forma de ion cromato CrO₄^2– de color amarillo.

Si se disminuye el pH (1 < pH < 6,5) el cromo (VI) forma principalmente el ion HCrO₄^– , el cual puede dimerizar a ion dicromato Cr₂O₇^2-, y la solución se vuelve anaranjada. A pH entre 2,5 y 5,5 las especies predominantes son HCrO₄^– y Cr₂O₇^2-.

Los equilibrios que ocurren en estas soluciones al ir bajando el pH son los siguientes:

• CrO₄^2- (ion cromato) + H⁺ ⇔ HCrO₄^–
• HCrO₄^– + H⁺ ⇔ H₂CrO₄ (ácido crómico)
• 2HCrO₄^– ⇔ Cr₂O₇^2- (ion dicromato) + H₂O

Estos equilibrios ocurren solo si el ácido que se añade para bajar el pH es HNO₃ o HClO₄, pues con otros ácidos se forman compuestos diferentes.

Las soluciones ácidas de dicromato son agentes oxidantes muy enérgicos. Pero en soluciones alcalinas el ion cromato es mucho menos oxidante.

Obtención del ácido crómico

Una de las formas de obtener el óxido crómico CrO₃, consiste en añadir ácido sulfúrico a una solución acuosa de dicromato de sodio o potasio, formando un precipitado rojo-anaranjado.

El ácido crómico H₂CrO₄ se encuentra en las soluciones acuosas de óxido crómico en medio ácido.

Usos del ácido crómico

• En la oxidación de compuestos químicos. Debido a su capacidad fuertemente oxidante, el ácido crómico se ha utilizado desde hace mucho tiempo y con éxito para oxidar compuestos orgánicos e inorgánicos. Entre innumerables ejemplos están: permite oxidar alcoholes primarios a aldehídos y estos a ácidos carboxílicos, alcoholes secundarios a cetonas, tolueno a ácido benzoico, etilbenceno a acetofenona, trifenilmetano a trifenilcarbinol, ácido fórmico a CO₂, ácido oxálico a CO₂, el ácido láctico a acetaldehído y CO₂, ion ferroso Fe²⁺ a ion férrico Fe³⁺, ion yoduro a yodo, etc. Permite la conversión de nitroso-compuestos a nitro-compuestos, sulfuros a sulfonas. Interviene en la síntesis de cetonas partiendo de alquenos, pues oxida los alquenos hidroborados a cetonas. Compuestos muy resistentes a los oxidantes usuales, como el oxígeno O₂ o el peróxido de hidrógeno H₂O₂, son oxidados por el ácido crómico. Este es el caso de ciertos boranos heterocíclicos.
• En procesos de anodización de metales. La anodización con ácido crómico es un tratamiento electroquímico que se aplica al aluminio para protegerlo de la oxidación, corrosión y desgaste. El proceso de anodización involucra la formación electroquímica de una capa de óxido de aluminio o alúmina sobre el metal. Esta capa es luego sellada en agua caliente, con lo cual se consigue la conversión al oxido de aluminio trihidratado. La capa de óxido sellado es gruesa, pero estructuralmente débil y no muy satisfactoria para posteriores uniones adhesivas. Sin embargo, al añadir una pequeña cantidad de ácido crómico al agua de sellado se desarrolla una superficie que puede formar buenos enlaces. El ácido crómico en el agua de sellado disuelve parte de la estructura gruesa tipo celda y deja una capa delgada, fuerte, firmemente sujetada de óxido de aluminio, a la cual los adhesivos se pegan y forman uniones fuertes y duraderas. La anodización con ácido crómico también se aplica al titanio y sus aleaciones.
• En tratamientos de conversión química. El ácido crómico se emplea en procesos de recubrimiento de metales por conversión química. Durante este proceso, los metales son sumergidos en soluciones de ácido crómico. Este reacciona y disuelve parcialmente la superficie depositando a la vez una capa delgada de compuestos complejos de cromo que interactúan con el metal base. Este proceso se llama recubrimiento de conversión de cromatos o cromado de conversión. Los metales que generalmente son sometidos a cromado de conversión son diversos tipos de acero, como el acero al carbono, acero inoxidable y acero recubierto con cinc, y varios metales no ferrosos, como aleaciones de magnesio, aleaciones de estaño, aleaciones de aluminio, cobre, cadmio, manganeso y plata. Este tratamiento proporciona resistencia a la corrosión y brillo al metal. A mayor pH del proceso, mayor resistencia a la corrosión. La temperatura acelera la reacción ácida. Se pueden aplicar recubrimientos de varios colores, como azul, negro, dorado, amarillo y transparente. También proporciona una mejor adherencia de la superficie metálica hacia pinturas y adhesivos.
• En erosionado o picado de superficies. Se utilizan soluciones de ácido crómico en la preparación de la superficie de objetos de material termoplástico, polímeros termoestables y elastómeros para su posterior recubrimiento con pinturas o adhesivos. El H₂CrO₄ logra un efecto en la química de la superficie y en su estructura, pues ayuda a aumentar su rugosidad. La combinación de picaduras y oxidación aumenta la penetración de los adhesivos e incluso puede ocasionar cambios en las propiedades del polímero. Se ha empleado para erosionar polietileno ramificado de baja densidad, polietileno lineal de alta densidad y polipropileno. Se usa mucho en la industria de electro-recubrimiento o galvanoplastia para facilitar la adhesión metal-polímero.
• En varios usos. El ácido crómico se emplea como conservante de madera, también en materiales magnéticos y para catálisis de reacciones químicas.

Utilización de microorganismos para sanear efluentes con restos de ácido crómico

Un método que ha sido investigado y aún sigue bajo estudio es la utilización de microorganismos presentes de forma natural en ciertos efluentes contaminados con iones de cromo hexavalente, que son los contenidos en las soluciones de ácido crómico.

Tal es el caso de ciertas bacterias presentes en las aguas de desecho de curtido de cuero. Estos microbios se han estudiado y se ha determinado que son resistentes a los cromatos, y además son capaces de reducir el cromo (VI) a cromo (III), el cual es mucho menos dañino al ambiente y seres vivos.

Por esta razón, se cree que pueden ser utilizadas como método respetuoso con el ambiente para la remediación y desintoxicación de efluentes contaminados con restos de ácido crómico.

Riesgos del ácido crómico y el óxido crómico

El CrO₃ no es combustible, pero puede intensificar la combustión de otras sustancias. Muchas de sus reacciones pueden causar fuego o explosión.

El CrO₃ y las soluciones de ácido crómico son irritantes potentes de la piel (pueden causar dermatitis), los ojos (pueden quemarlos) y las membranas mucosas (pueden causar broncoasma) y pueden causar los denominados “huecos de cromo” en el sistema respiratorio.

Los compuestos de cromo (VI) como el ácido crómico y el óxido crómico son severamente tóxicos, mutagénicos y carcinógenos para la mayoría de los seres vivos.

Referencias

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