Cromato de cinc

¿Qué es el cromato de cinc?

El cromato de cinc es un compuesto inorgánico formado por los elementos cinc (Zn), cromo (Cr) y oxígeno (O). Posee los iones Zn²⁺ y CrO₄^2-. Su fórmula química es ZnCrO₄.

Designa comercialmente tres compuestos con estructura molecular diferente: (a) el cromato de cinc propiamente dicho ZnCrO₄, (b) el cromato básico de cinc ZnCrO₄•4Zn(OH)₂, y (c) el cromato básico de cinc y potasio 3ZnCrO₄•Zn(OH)₂•K₂CrO₄•2H₂O.

Se usa principalmente en pinturas o fondos que protegen los metales de la corrosión. Para ello se mezcla con pinturas, barnices y polímeros que luego se aplican sobre la superficie de los metales.

También se utiliza en acabados decorativos y protectores logrados con otros cromatos y ácidos recubriendo diversos objetos, como herramientas. Asimismo, sirve para retener la conductividad eléctrica de piezas metálicas.

Se emplea como catalizador en reacciones de hidrogenación (adición de hidrógeno) en compuestos orgánicos. Forma parte de pigmentos usados antiguamente en pinturas artísticas.

Es un material que produce cáncer, ya que el cromato posee el cromo en estado de oxidación +6.

Estructura del cromato de cinc

El cromato de cinc es un compuesto iónico formado por el catión cinc Zn²⁺ y el anión cromato CrO₄^2-. Este último está formado por cromo con valencia +6 (cromo hexavalente, Cr⁶⁺) y cuatro átomos de oxígeno con estado de oxidación -2.

El ion Zn²⁺ posee la siguiente estructura electrónica:

1s², 2s² 2p⁶, 3s² 3p⁶ 3d¹⁰.

Por su parte, el cromo hexavalente tiene en sus orbitales electrónicos la siguiente conformación:

1s², 2s² 2p⁶, 3s² 3p⁶.

Ambas estructuras son muy estables pues los orbitales están completos.

Nomenclatura del cromato de cinc

• Cromato de cinc (o zinc).
• Sal de cinc del ácido crómico.
• Amarillo de cinc (aunque con este término se denominan también otros compuestos que contienen ZnCrO₄).

Propiedades del cromato de cinc

• Estado físico. Sólido cristalino amarillo o amarillo limón. Cristales en forma de prismas.
• Peso molecular. 181,4 g/mol.
• Punto de fusión. 316 °C.
• Densidad. 3,40 g/cm³
• Solubilidad. Débilmente soluble en agua: 3,08 g/100 g de H₂O. Se disuelve fácilmente en ácidos y en amoníaco líquido. Insoluble en acetona.
• pH. Según algunas fuentes sus soluciones acuosas son ácidas.
• Propiedades químicas. Es un compuesto fuertemente oxidante, por lo que puede reaccionar con agentes reductores generando calor. Entre las sustancias con las que puede reaccionar se encuentran las orgánicas, como los cianuros, ésteres y tiocianatos. También puede atacar algunos metales. En solución acuosa el ion cromato presenta diversos equilibrios dependiendo del pH y formando diferentes especies.
• Especies formadas por el cromato. Por encima de pH 6 está presente el ion cromato CrO₄^2- (de color amarillo); entre pH 2 y pH 6 se encuentran en equilibrio el ion HCrO₄^– y el dicromato Cr₂O₇^2- (de color rojo anaranjado); a pH inferior a 1 la principal especie es H₂CrO₄. Cuando a estas soluciones acuosas se añade el catión cinc (II), precipita el ZnCrO₄. Los equilibrios son los siguientes:
  • HCrO₄^– ⇔ CrO₄^2- + H⁺
  • H₂CrO₄ ⇔ HCrO₄^– + H⁺
  • Cr₂O₇^2- + H₂O ⇔ 2 HCrO₄^–

En medio básico ocurre lo siguiente:

• • Cr₂O₇^2- + OH^– ⇔ HCrO₄^– + CrO₄^2-
  • HCrO₄^– + OH^– ⇔ CrO₄^2- + H₂O

El ZnCrO₄ no reacciona rápidamente con el aire ni con el agua.

Obtención del cromato de cinc

Se puede producir haciendo reaccionar un lodo acuoso de óxido o hidróxido de cinc con una sal disuelta de cromato y luego neutralizando.

Industrialmente se utiliza el proceso Cronak, en el cual el cinc se sumerge en una solución de dicromato de sodio (Na₂Cr₂O₇) y ácido sulfúrico (H₂SO₄).

También se puede preparar haciéndolo precipitar de soluciones en las que hay sales disueltas de cinc y de cromato:

K₂CrO₄ + ZnSO₄ → ZnCrO₄↓ + K₂SO₄

Usos del cromato de cinc

• En protección de metales. En la industria metalúrgica se utiliza principalmente en pinturas de fondo (pintura preparatoria o recubrimiento inicial) aplicadas sobre los metales, a los que proporciona resistencia contra la corrosión. Se emplea como pigmento en pinturas y barnices, siendo insertado en la matriz de un polímero orgánico. Este tipo de pinturas se administra a tuberías, tanqueros de petróleo, estructuras de acero, como puentes, torres de transmisión de energía eléctrica y partes de automóviles, para inhibir la corrosión.
• Pasivación. También protege componentes metálicos recubiertos de cinc que han sido pasivados usando cromatos de metales alcalinos. La pasivación es la pérdida de reactividad química bajo ciertas condiciones ambientales. Estos recubrimientos también sirven como acabados decorativos y para retener la conductividad eléctrica. Se aplican comúnmente a artículos de uso diario, como herramientas, y se pueden reconocer por su color amarillo.
• En catálisis de reacciones. Este compuesto se ha empleado como catalizador en diversas reacciones químicas, como por ejemplo la hidrogenación del monóxido de carbono (CO) para obtener metanol (CH₃OH). Los ésteres pueden ser convertidos a alcoholes primarios mediante hidrogenación, utilizando este compuesto para acelerar la reacción. Según algunos investigadores, su acción catalítica se debe a que el sólido no presenta una estructura estequiométrica, es decir, se desvía de su fórmula ZnCrO₄ y es más bien: Zn_1-xCr_2-xO₄, lo que implica que hay defectos en la estructura que favorecen energéticamente la catálisis.
• Otras aplicaciones. Se encuentra en algunos colorantes aceitosos, sirve para imprimir, es un agente para el tratamiento de superficies, se aplica en recubrimientos de pisos y es un reactivo en laboratorios químicos.
• Usos descontinuados. Desde la década del 1940 se utilizó un derivado del ZnCrO₄, el cromato de zinc y cobre, como fungicida foliar para las plantas de papas. Este uso fue abandonado por la toxicidad y efectos dañinos del compuesto. En pinturas artísticas del siglo XIX se ha encontrado la presencia de una sal compleja de cromato de cinc, el 4ZnCrO₄•K₂O•3H₂O (cromato de cinc y potasio hidratado), un pigmento amarillo denominado Amarillo Limón.

Riesgos del cromato de cinc

Aunque no es combustible, al calentarse emite gases tóxicos. Puede explotar si entra en contacto con agentes reductores o materiales orgánicos.

El polvo irrita los ojos y la piel produciendo reacción alérgica. Su inhalación causa irritación de nariz y garganta. Afecta a los pulmones, causa acortamiento de la respiración, bronquitis, neumonía y asma.

Su ingestión afecta el tracto digestivo, hígado, riñones, sistema nervioso central, produce un colapso circulatorio y daña el sistema inmune.

• Causante de cáncer. Es un carcinógeno confirmado, aumenta el riesgo de cáncer pulmonar y de la cavidad nasal. Es tóxico para las células (citotóxico) y además daña los cromosomas (genotóxico). Se ha determinado que la toxicidad y carcinogenicidad de este compuesto es causada principalmente por la acción del cromo en estado de oxidación +6. Sin embargo, la presencia del cinc le da insolubilidad al producto y esto también influye en el daño que produce.
• Efectos en el ambiente. Es muy tóxico para los animales y para la vida acuática, causando efectos dañinos que perduran en el tiempo. Este químico puede bioacumularse a lo largo de la cadena alimenticia. Por todas estas razones, los procesos que involucran cromatos (cromo hexavalente) son regulados por organizaciones mundiales de salud y sustituidos por técnicas alternas sin este ion.

Referencias

1. Zinc chromate. Recuperado de pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
2. Lide, D.R. (editor). CRC Handbook of Chemistry and Physics. 85^th CRC Press.
3. Barrett, A.G.M. Reduction. In Comprehensive Organic Synthesis. Recuperado de sciencedirect.com.
4. Zinc chromate. Recuperado de en.wikipedia.org.
5. Chromate conversion coating. Recuperado de en.wikipedia.org.