Фосфат хрома(III)
Фосфат хрома(III)
Имена
Название ИЮПАК
Фосфат хрома(III)
Другие имена
Фосфат хрома, Монофосфат хрома, Ортофосфат хрома, Хромовый фосфат
Идентификаторы
  • 7789-04-0 проверятьИ
  • 84359-31-9 (гексагидрат)
3D модель ( JSmol )
  • Интерактивное изображение
ChemSpider
  • 56424
Информационная карта ECHA100.029.219
Номер ЕС
  • 232-141-0
CID PubChem
  • 62673
УНИИ
  • AQ86ZJ9U98 проверятьИ
  • DTXSID70884435
  • InChI=1S/Cr.H3O4P/c;1-5(2,3)4/h;(H3,1,2,3,4)/q+3;/p-3
    Ключ: IKZBVTPSNGOVRJ-UHFFFAOYSA-K
  • [О-]П(=О)([О-])[О-].[Кр+3]
Характеристики
CrPO 4
Молярная масса146,97 г/моль
Плотность4,236 г/см 3 [1]
Температура плавления1907 °C (3465 °F; 2180 K) [1]
Точка кипения2671 °C (4840 °F; 2944 K)
нерастворимый, экзотермический синий раствор [1]
Структура
моноклинный [1]
Опасности
NIOSH (пределы воздействия на здоровье в США):
PEL (допустимый)
Средневзвешенная по времени концентрация 1 мг/м 3 [2]
РЕЛ (рекомендуется)
Средневзвешенная по времени концентрация 0,5 мг/м 3 [2]
IDLH (Непосредственная опасность)
250 мг/м 3 [2]
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа).
Химическое соединение

Фосфат хрома(III) описывает неорганические соединения с химической формулой CrPO 4 ·(H 2 O) n , где n = 0, 4 или 6. Все они представляют собой твёрдые вещества тёмного цвета. Безводный CrPO 4 имеет зелёный цвет. Гексагидрат CrPO 4 ·6H 2 O имеет фиолетовый цвет.

Синтез

Фосфат хрома получают путем обработки раствора фосфорной кислоты оксида хрома (VI) гидразином . [1]

Гексагидратированный фосфат хрома(III)

Гексагидрат фосфата хрома, CrPO 4 ·6H 2 O , получают восстановлением триоксида хрома, CrO 3 , этанолом в присутствии ортофосфорной кислоты, H 3 PO 4 , при температурах от −24 °C до +80 °C. [3]

Мезопористая фаза

Гелеобразный фосфат хрома(III) получают путем восстановления дихромата аммония (NH 4 ) 2 Cr 2 O 7 с использованием этанола CH 3 COOH и азотной кислоты HNO 3 . Этот процесс осуществляется в присутствии дигидрофосфата аммония и мочевины при повышенной температуре, где в качестве структурообразующего агента используется бромид тетрадецилтриметиламмония (TTBr). [4]

Фильмы

Приготовление текстурированного фосфата хрома осуществляется путем смешивания эквимолярных растворов водного нитрата хрома и диаммонийфосфата в чашке, помещенной в герметичную камеру, с катализатором паров аммиака при низкой температуре, диффундирующим в раствор с постоянной скоростью. Через 24 часа образовавшаяся фиолетовая пленка вырастает из жидкости посредством гидролиза и поликонденсации, происходящих в реакционной среде на границе воздух/жидкость и пленка/жидкость. Поверхностное натяжение делает пленку компактной, что позволяет легко вставить предметное стекло микроскопа и поднять пленку из-под поверхности раствора. После получения раствор промывают деионизированной водой и этанолом, затем сушат в вакууме. [5]

Аморфная фаза

Приготовление безводного фосфата хрома(III) начинается с измельчения смеси 75 мол.% оксида хрома(III), Cr2O3 , и 25 мол.% чистого гидрофосфата аммония, ( NH4 ) 2HPO4 . Эту смесь прессуют в гранулы и нагревают под давлением воздуха при 400 °C в течение 24 ч для удаления аммиака и воды. После этого происходит последовательность нагрева 450 °C (24 ч), 700 °C (3⋅24 ч), 800 °C (24 ч) и 850 °C (2⋅24 ч). Смесь гранул затем постепенно охлаждают. [6]

Физические свойства

Кристаллическая структура

Фосфат хрома(III) может существовать в виде двух изоморфов . Его β-изоформа является орторомбической с пространственной группой Cmcm (a = 0,5165, b = 0,7750, c = 0,6131 нм). Структура состоит из бесконечных цепочек транс-октаэдров CrO 6 , которые разделяют ребра, которые идут параллельно оси c и связаны тетраэдрами PO 4 . Выше 1175 °C β-CrPO 4 превращается в α-CrPO 4 . α-CrPO 4 также является орторомбическим с пространственной группой Imma (a = 1,0380, b = 1,2845, c = 0,6278 нм). Структура состоит из бесконечной сети связанных полиэдров с октаэдром CrO 6 и тетраэдром PO 4 , имеющими общее ребро. Участок Cr 3+ образует пары Cr(2)/Cr(2') с общими ребрами и имеет два общих угла с четырьмя октаэдрами Cr(1). [7]

Магнитные свойства

Магнитные свойства β-CrPO 4 являются результатом катион-катионных расстояний вдоль октаэдрических цепей, которые приводят к сильным прямым обменным взаимодействиям и даже связям металл-металл. Исследования нейтронной дифракции показывают, что спиральные моменты в β-CrPO 4 коллинеарны и антиферромагнитно связаны вдоль цепей в плоскостях 001 при низкой температуре (5 К, μeff = 2,55 μB). [7] Наблюдения из дифракционного исследования показали, что при низкой температуре (2 К) октаэдры α-CrPO 4 CrO 6 образуют бесконечную трехмерную сеть, которая, как ожидается, обеспечивает сильные магнитные сверхобменные связи Cr-O-Cr с обменным путем через фосфатную группу. Эти связи придают структуре ее антиферромагнитные свойства (Ɵ = -35,1 К, μeff = 3,50 μB), что приводит к антипараллельным магнитным спинам в плоскости, перпендикулярной цепям октаэдрического CrO 6 . [8]

Химические свойства

Ионный обмен

При высокой температуре и pH в диапазоне от 283 до 383 К и pH 4-7 соответственно, уравновешенный раствор KOH/HCl, нерастворимый твердый CrPO 4 и водный раствор катиона дают реакцию сорбции. Исследования показывают, что CrPO 4 катализирует адсорбцию двухвалентных катионов на своей аморфной поверхности через механизм катионного обмена. Механизм предполагает, что ионы H + высвобождаются из твердой фазы в водную, когда катионы гидролизуются и адсорбируются на поверхности катализатора. Таким образом, снижение pH реакции используется как прямой индикатор скорости адсорбции в реакции:

nP-OH + M z+ ⇔ (PO) n Mz-n + nH + где PO = твердое тело

Для связи выделения иона H + с константой равновесия реакции используется график уравнения Курбатова:

Log Kd = log Kex + npHeq

где Kd (l g-1) представляет собой коэффициент распределения, а n - наклон прямой линии, дающей указание на стехиометрию H + /M z+ обменной реакции. При аналогичных условиях селективность CrPO 4 для дативных катионов следует последовательности: Pb 2+ > Cu 2+ > Ni 2+ ≅ Cd 2+ . Повышение температуры и pH усиливает реакцию ионного обмена. [9]

Фосфат хрома (III) также используется для катализа катионного обмена в реакциях сорбции. Этот катализ широко используется для снижения токсичности металлов во время очистки окружающей среды. Это применялось для снижения концентрации свинца в водной среде обитания и питьевой воде. [9]

Приложение

Антикоррозийное покрытие

Краски, содержащие фосфат хрома (III), использовались в качестве коррозионно-стойкого покрытия для металлов. Краски состоят из водного кислотного раствора фосфата хрома (III), который превращается в плотную пленку при нанесении на металлы, интенсивно используемые в производстве и коммунальном хозяйстве, такие как цинк, цинковый сплав, алюминий и алюминиевые сплавы. Методы нанесения включают гальванопокрытие, погружение или распыление раствора на поверхность субстрата. [10]

Катализатор

Фосфат хрома (III) имеет различные применения в полимерной промышленности. Комбинированный фосфат хрома (III) алюминия широко используется в качестве катализатора при алкилировании ароматических углеводородов с использованием спиртов, таких как метилирование толуола с использованием метанола. Спирт дегидратируется в эфир, в то время как алкилзамещенный продукт может использоваться в качестве промежуточного продукта при производстве синтетических волокон, таких как полиэтилентерефталат. [11]

Полимер

Предварительная обработка фосфатом-силикатом хрома (III) также используется в качестве слоистой структуры для гашения вибрации и шума в двигателе. [12]

Токсичность

Хотя фосфат хрома(III) плохо растворяется в воде, чрезмерное воздействие этого соединения из окружающей среды, промышленного расположения и истирания металлом металлических имплантатов может иметь вредные последствия. Токсичность фосфата хрома(III) зависит от продолжительности воздействия, концентрации фосфата хрома(III), путей проникновения через мембранный барьер и высвобождения трехвалентного иона хрома из фосфата хрома(III). Макрофагальные клетки в организме, подвергшиеся воздействию фосфата хрома(III), поглощают или фагоцитируют это соединение в его эндосомальную и лизосомальную среду, которая является кислой. Это катализирует протеолитическую реакцию, приводящую к дозозависимому увеличению высвобождения ионов хрома(III) в пораженных клетках. Ионы Cr3 + оказывают токсическое воздействие на белки цитозоля и митохондрий, окислительно модифицируя их химические свойства, тем самым лишая их возможности выполнять свои функции. Белки с высоким сродством к металлу, такие как ферменты енолазы, каталазы и молекулярные транспортеры гемоглобина, ферритина, поражаются. Это может в конечном итоге привести к нефротоксичности, репродуктивной и токсичности для развития из-за повреждения тканей, некроза и воспаления. [13]

Дальнейшее чтение

  • Мустафа, С.; Муртаза, С.; Наим, А.; Фарина, К. (2010). «Ионообменная сорбция ионов Pb2+ на CrPO4». Environmental Technology . 26 (4): 353– 359. doi :10.1080/09593332608618544. PMID  15906486. S2CID  30688737.

Смотрите также

  • http://www.leadscope.com/structure_search_results.php?ss_string=LS-53442

Ссылки

  1. ^ Абде Брауэр, Георг (1965) [1962]. Handbuch Der Präparativen Anorganischen Chemie [ Справочник по препаративной неорганической химии ] (на немецком языке). Том. 2. Штутгарт; Нью-Йорк, Нью-Йорк: Фердинанд Энке Верлаг; Academic Press, Inc. с. 1341. ИСБН 978-0-32316129-9. Получено 10.01.2014 .
  2. ^ abc NIOSH Карманный справочник по химическим опасностям. "#0141". Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
  3. ^ Vasović, Dušanka D.; Stojaković, Djordje R. (1989). «Получение и свойства некоторых аморфных фосфатов хрома(III)». Журнал некристаллических твердых тел . 109 (1). Elsevier BV: 129– 132. Bibcode :1989JNCS..109..129V. doi :10.1016/0022-3093(89)90451-1. ISSN  0022-3093.
  4. ^ Tarafdar, A.; Biswas, Susanta; Pramanik, NK; Pramanik, P. (2006). «Синтез мезопористого фосфата хрома через нетрадиционный золь-гель-метод». Микропористые и мезопористые материалы . 89 ( 1–3 ). Elsevier BV: 204–208 . doi :10.1016/j.micromeso.2005.10.027. ISSN  1387-1811.
  5. ^ Gomm, John R.; Schwenzer, Birgit; Morse, Daniel E. (2007). «Текстурированные пленки фосфата хрома, синтезированные с помощью низкотемпературного парового диффузионного катализа». Solid State Sciences . 9 (5). Elsevier BV: 429– 431. Bibcode : 2007SSSci...9..429G. doi : 10.1016/j.solidstatesciences.2007.03.012. ISSN  1293-2558.
  6. ^ Bosacka, M.; Jakubus, P.; Rychowska-Himmel, I. (2007). «Получение фосфатов хрома(III)(V) в твердом состоянии и их термическая стабильность». Журнал термического анализа и калориметрии . 88 (1): 133– 137. doi :10.1007/s10973-006-8050-z. ISSN  1388-6150. S2CID  98435405.
  7. ^ ab Attfield, J. Paul; Battle, Peter D.; Cheetham, Anthony K.; Johnson, David C. (1989). "Магнитные структуры и свойства .альфа.-хромфосфата и .альфа.-хромарсената". Неорганическая химия . 28 (7). Американское химическое общество (ACS): 1207– 1213. doi :10.1021/ic00306a004. ISSN  0020-1669.
  8. ^ Attfield, J. Paul; Battle, Peter D.; Cheetham, Anthony K. (1985). «Спиральная магнитная структура ортофосфата β-хрома(III) (β-CrPO4)». Журнал химии твердого тела . 57 (3). Elsevier BV: 357– 361. Bibcode : 1985JSSCh..57..357A. doi : 10.1016/0022-4596(85)90199-9. ISSN  0022-4596.
  9. ^ ab Мустафа, С.; Муртаза, С.; Наим, А.; Фарина, К. (2010). "Ионообменная сорбция ионов Pb2 + на CrPO4 " . Environmental Technology . 26 (4): 353– 359. doi :10.1080/09593332608618544. PMID  15906486. S2CID  30688737.
  10. ^ Патент США 20070243397, Людвиг, Р. и Рекер, А., «Водные кислотные растворы для преобразования хрома (III), не содержащие хрома (VI)», опубликован в 2007 г., передан Columbia Chemical Corporation, Огайо 
  11. ^ Патент США 4543436, Джонсон, М.М. и Новак, Г.П., «Фосфат хрома как катализатор алкилирования», опубликован 24 сентября 1985 г. 
  12. ^ Патент США 20090252989, Свонсон, Р. и Хафнагель, А., «Слоистая вязкоупругая демпфирующая конструкция и способ ее изготовления», опубликовано 8 октября 2009 г. 
  13. ^ Scharf, B.; Clement, CC; Zolla, V.; Perino, G.; Yan, B.; Elci, SG; Purdue, E.; Goldring, S.; Macaluso, F.; Cobelli, N; Vachet, RW; Santambrogio, L. (2015). "Молекулярный анализ токсичности, связанной с хромом и кобальтом". Scientific Reports . 2014 : 5729. doi :10.1038/srep05729. PMC 4103093. PMID  25034144 . 
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Хром(III)_фосфат&oldid=1221010053"