Triossido di cromo
Triossido di cromo | |
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Nome IUPAC | |
triossido di cromo | |
Nomi alternativi | |
ossido di cromo(VI)
anidride cromica (vecchio)
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Caratteristiche generali | |
Formula bruta o molecolare | CrO3 |
Peso formula (u) | 99,99 g/mol |
Aspetto | solido rosso scuro inodore |
Numero CAS | |
Numero EINECS | 215-607-8 |
PubChem | 14915 |
SMILES | O=[Cr](=O)=O |
Proprietà chimico-fisiche | |
Densità (g/cm3, in c.s.) | 2,7 (20 °C) |
Solubilità in acqua | 61,7 g/100 mL (0 °C) 63 g/100 mL (25 °C) 67 g/100 mL (100 °C) |
Temperatura di fusione | 197 °C (470 K) |
Temperatura di ebollizione | 251 °C (524 K) con decomposizione |
Proprietà tossicologiche | |
DL50 (mg/kg) | 80, oral rat |
Indicazioni di sicurezza | |
Simboli di rischio chimico | |
pericolo | |
Frasi H | 271 - 350 - 340 - 361f - 330 - 301 - 311 - 372 - 314 - 317 - 334 - 335 - 410 |
Consigli P | 201 - 273 - 280 - 301+330+331 - 304+340 - 305+351+338 - 309+310 [1] |
Il triossido di cromo è il composto inorganico di formula CrO3, l'ossido del cromo esavalente in cui sono formalmente impegnati tutti gli elettroni d del cromo (specie d0).[2] Anche gli altri elementi del gruppo del cromo (gruppo 6) formano triossidi analoghi: MoO3 e WO3. A temperatura ambiente si presenta come un solido rosso scuro inodore, igroscopico e deliquescente.[3] Ne vengono prodotte ogni anno migliaia di tonnellate, principalmente per applicazioni di galvanostegia.[4]
CrO3 è un composto del cromo nel suo stato di ossidazione più elevato, +6; al quale per esso corrispondono proprietà fortemente ossidanti, che però sono sostanzialmente assenti negli analoghi triossidi degli elementi che seguono il cromo nel suo gruppo, quello di molibdeno MoO3 e quello di tungsteno WO3,[5] proprietà che vengono largamente impiegate anche in chimica organica.[6]
CrO3 è molto tossico, corrosivo, cancerogeno e pericoloso per l'ambiente. In commercio è noto con il nome comune di acido cromico:[7] tale denominazione è deprecabile in quanto è chimicamente errata, perché l'acido cromico è, invece, il composto di formula molecolare H2CrO4. La vecchia denominazione di anidride cromica[8][9] è invece appropriata e razionale, in quanto CrO3 è capace di dare acido cromico per addizione di acqua, e quindi poi i suoi sali, i cromati e bicromati, ed anche gli alogenuri di cromile CrO2X2, in chiara analogia all'anidride solforica e gli analoghi suoi prodotti (vide infra), denominazione che però non è riconosciuta dalla IUPAC:[10]
- CrO3 + H2O → H2CrO4
Struttura e proprietà
[modifica | modifica wikitesto]Il triossido di cromo a temperatura e pressione ambiente è un solido cristallino covalente, non molecolare, di colore rosso scuro. In fase gassosa il composto è molto stabile termodinamicamente (ΔHƒ° = -292,88 kJ/mol)[11] e consiste di molecole CrO3. Calcoli teorici basati sulla teoria del funzionale densità assegnano a CrO3 una struttura piramidale (simmetria C3v), con l'atomo di cromo al vertice, piuttosto che una struttura planare (simmetria D3h), che sarebbe analoga a quella dell'anidride solforica SO3 e di quella selenica SeO3, che sono isoelettroniche di valenza. Nella molecola la distanza Cr-O calcolata è di 159,3 pm,[12] un valore che è significativamente minore di quello per un legame Cr-O singolo, pari a 174,8 pm, e questo è pertanto indice di legame multiplo tra il cromo e l'ossigeno.[13]
L'affinità elettronica sperimentale della molecola è di 3,66 eV (valore verticale), un valore elevato, che rende conto del suo alto potere ossidante,[12] che viene poi ereditato dai cromati CrO42− e bicromati Cr2O72−; per quest'ultimo, il potenziale di riduzione è infatti alto: in ambiente acido, E°[Cr(VI) / Cr(III)] = 1,38 V.[14]
Nella fase gassosa, in dipendenza di temperatura e pressione, le molecole CrO3 possono condensare a formare via via oligomeri (CrO3)n per condivisione di atomi di ossigeno, con il cromo che così aumenta il suo numero di coordinazione da 3 a 4. Allo stato solido si perviene per prosecuzione indefinita di questo processo di condensazione, fino a formare catene di tetraedri CrO4 che condividono due vertici.[15] In ciascun tetraedro l'atomo di cromo è legato a due ossigeni non condivisi con un legame formalmente doppio, e ad altri due ossigeni a ponte, da due vertici di ciascun tetraedro, ciascuno con legame formalmente singolo −O−[−Cr(=O)2−O]n.[16][17]
Altre specie binarie di cromo(VI) con l'ossigeno
[modifica | modifica wikitesto]Una particolarità di CrO3 è la formazione di inusuali composti perossidici come CrO5 (ossido diperossido di cromo[18]).[19] La molecola è formata da un atomo di cromo centrale che lega un atomo di ossigeno con legame doppio e due unità perossidiche (−O−O−) che si chiudono ad anello triangolare sul cromo: O=Cr(O−O)2, con Cr pentacoordinato.
Si forma trattando un bicromato alcalino con acqua ossigenata in presenza di acido solforico:[19][20]
Cr2O72− + 4 H2O2 + 2 H+ → 2 [CrO(O2)2] + 5 H2O
La molecola come tale è instabile, il composto è noto in soluzione acquosa, dove però si decompone lentamente se non viene stabilizzato dalla presenza di molecole donatrici all'ossigeno o all'azoto, con le quali forma addotti che, al tempo stesso, sono complessi di Cr(VI).[21] CrO5, oltre che un ossidante come CrO3, è infatti anch'esso un acido di Lewis e forma addotti di colore blu intenso con eteri e ammine terziarie ed eterocicliche (piridina), con Cr che diviene esacoordinato e che risultano ragionevolmente stabili:
[CrO(O2)2] + (C2H5)2O → (C2H5)2O→CrO5
Sulla formazione di questo complesso blu in soluzione eterea si basa un saggio di riconoscimento del cromo(VI) (saggio di Barresville).[22]
Sintesi e reattività
[modifica | modifica wikitesto]CrO3 è preparato trattando con acido solforico soluzioni sature di cromato di sodio o di dicromato di sodio:[7]
- H2SO4 + Na2CrO4 → CrO3 + Na2SO4 + H2O
Nel 1981 ne sono state prodotte circa 30000 tonnellate.[23]
Il triossido di cromo fonde a 197 °C e sopra questa temperatura si decompone perdendo ossigeno; si formano vari ossidi intermedi fino ad arrivare all'ossido verde Cr2O3:[17]
- 4 CrO3 → 2 Cr2O3 + 3 O2
Il triossido di cromo è un acido di Lewis e come tale reagisce con varie basi formando addotti. Con la piridina in soluzione di diclorometano, ad esempio, ne somma due molecole formando (C5H5N)2•CrO3, dando luogo al noto reattivo di Collins, usato in ossidazioni organiche:[24]
- CrO3 + 2 C5H5N → (C5H5N)2•CrO3
Con l'acqua come base reagisce formando verosimilmente dapprima l'addotto H2O•CrO3, che poi si riarrangia rapidamente ad acido cromico O2Cr(OH)2 per migrazione di protone, analogamente a quanto fanno l'anidride solforica SO3 e quella selenica SeO3.[25][26] L'acido cromico H2CrO4 così formato in soluzione acquosa si dissocia poi parzialmente a ione idrogenocromato HCrO4−.In soluzioni acquose basiche si dissocia ulteriormente ed è quindi presente come classico ione cromato giallo (CrO42−). Abbassando il pH, lo ione cromato viene protonato e si formano le specie [HCrO4]− e H2CrO4, ma non in grande quantità, dato che si instaura un favorevole equilibrio di condensazione a formare lo ione dicromato [O3Cr−O−CrO3]2−, di colore rosso arancio, analogo e isostrutturale allo ione pirosolfato S2O72− (però, incolore):[15]
- 2 HCrO4− ⇄ Cr2O72− + H2O [Keq = 102,2]
A seconda del pH si formano inoltre quantità alquanto minori degli ioni oligomeri [Cr3O10]2− e [Cr4O13]2−. Non si formano invece specie a più alta nuclearità simili ai poliossometallati che si osservano nella chimica di vanadio(V), molibdeno(VI) e tungsteno(VI),[17] per il fatto che il raggio ionico dei rispettivi metalli centrali è maggiore di quello di Cr(VI) e questo facilita quindi numeri di coordinazione più grandi.[5]
Con soluzioni acquose di acidi alogenidrici HX reagisce sommandone i rispettivi anioni, che sono basi di Lewis; con HCl, ad esempio, forma lo ione clorocromato, tetraedrico (analogo al clorosolfato SO3Cl−):[15]
- CrO3 + HCl + H2O → CrO3Cl− + H3O+
Trattando CrO3 con acido cloridrico gassoso si ottiene il cloruro di cromile CrO2Cl2, analogo al cloruro di solforile (SO2Cl2, incolore), come liquido rosso sangue:[27]
- CrO3 + 2 HCl → CrO2Cl2
Questo può ottenersi più comunemente in laboratorio trattando un cromato (o bicromato) alcalino con acido solforico in presenza di cloruro di sodio o di potassio. In maniera simile può prepararsi il fluoruro di cromile CrO2F2 (analogo a SO2F2, incolore) dal triossido di cromo e acido fluoridrico, come cristalli di color magenta.[28] In entrambi questi alogenuri allo stato di vapore il cromo è tetraedrico, ma con simmetria C2v.[29]
Usi
[modifica | modifica wikitesto]CrO3 è usato come ossidante in chimica organica.[30] Ad esempio, il reattivo di Jones - una soluzione di CrO3 in acido solforico e acetone - ossida alcoli primari e secondari rispettivamente ad acidi carbossilici e chetoni.[31]
Il triossido di cromo è utilizzato prevalentemente nelle cromature. In genere è impiegato assieme ad additivi che influenzano il processo di placcatura, ma non reagiscono con il triossido stesso. Il triossido reagisce con cadmio, zinco ed altri metalli per produrre film passivanti di cromato che resistono alla corrosione.
Sicurezza
[modifica | modifica wikitesto]Il triossido di cromo è molto tossico, corrosivo, carcinogeno e pericoloso per l'ambiente.[32][33] La pericolosità è data dalla presenza del cromo nello stato di ossidazione +6. Gli analoghi composti del Cr(III) non sono particolarmente dannosi; per questo si usano sostanze riducenti per distruggere campioni di Cr(VI).
Il triossido di cromo è un ossidante molto forte, e può incendiare materiale combustibile e sostanze organiche (ad esempio l'etanolo) per semplice contatto. Per decomposizione rilascia ossigeno, aumentando il pericolo di incendio.
La legislazione italiana stabilisce che soluzioni di triossido di cromo sono da considerare tossiche per concentrazioni tra lo 0,25% e il 7%, e molto tossiche per concentrazioni uguali o superiori al 7%.[34]
Note
[modifica | modifica wikitesto]- ^ scheda dell'ossido cromo (VI) su IFA-GESTIS (archiviato dall'url originale il 16 ottobre 2019).
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Voci correlate
[modifica | modifica wikitesto]- Acido cromico
- Cromato
- Anidride Solforica
- Triossido di selenio
- Triossido di molibdeno
- Triossido di tungsteno
Altri progetti
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