کرومات سدیم   (Na₂CrO₄)

کرومات سدیم با فرمول شیمیایی (Na₂CrO₄)، یک ترکیب معدنی، متعلق به گروه ترکیبات کروم شش ظرفیتی (VI) میباشد. این ماده، جامدی زردرنگ و بلوری است، که عمدتاً به‌عنوان ماده واسطه در سنتز سایر ترکیبات کرومی، بازدارنده خوردگی، رنگدانه و در کاربردهای مختلف آزمایشگاهی استفاده می‌شود.

ساختار مولکولی

 ساختار مولکولی کرومات سدیم، (Na₂CrO₄) نشان‌دهنده ماهیت یونی این ترکیب است، که متشکل از یون‌های سدیم (Na+) و یون‌های کرومات (CrO4²-)میباشد. آنیون کرومات دارای ساختاری چهاروجهی است، که در آن اتم کروم در مرکز و چهار اتم اکسیژن در اطراف آن قرار گرفته‌اند. اتم کروم در حالت اکسیداسیون 6+ قرار دارد و با چهار اتم اکسیژن پیوندهای کووالانسی تشکیل می‌دهد. زوایای پیوندی در یون چهاروجهی کرومات تقریباً 109.5 درجه است، که ویژگی ساختار چهاروجهی می باشد.

دو پیوند کروم-اکسیژن، پیوندهای دوگانه بوده و دو پیوند دیگر تک‌پیوندهایی هستند که بار الکتریکی در بین اتم‌های اکسیژن به‌صورت غیرمتمرکز توزیع شده است و بار کلی یون 2- می باشد. این آنیون دارای تقارن چهاروجهی می باشد.

دو یون سدیم (Na+) بخشی از یون کرومات نیستند، اما از طریق نیروهای الکترواستاتیکی با آن برهم‌کنش دارند تا خنثی بودن بار ترکیب، حفظ شود. در حالت جامد، این یون‌های سدیم در اطراف یون‌های کرومات در یک آرایش شبکه‌ای قرار گرفته و پیوندهای یونی برقرار می‌کنند.

ساختار بلوری: در حالت جامد، کرومات سدیم دارای ساختار بلوری ارترومبیک است. این شبکه از واحدهای تکرارشونده یون‌های Na+ و CrO₄²-، تشکیل شده است و ساختار آن به شکلی است که پایداری الکترواستاتیکی حداکثر می باشد.

هیبریداسیون و رزونانس: اتم کروم در یون کرومات دارای هیبریداسیون sp³ می باشد، که با هندسه چهاروجهی آن سازگار است. الکترون‌های غیرمتمرکز در پیوندهای تک و دوگانه آنیون کرومات، باعث پایداری رزونانسی شده و بار منفی را به‌طور یکنواخت در میان چهار اتم اکسیژن توزیع می‌کنند.

خواص فیزیکی و شیمیایی سدیم کرومات

کرومات سدیم در دمای اناق به صورت جامد زرد و کریستالی میباشد. در آب بسیار محلول بوده و حلالیت آن در حدود 50 گرم در 100 میلی لیتر در 20 درجه سانتیگراد است. این حلالیت برای کاربردهای این ماده در تولید رنگ و به عنوان یک بازدارنده خوردگی اهمیت دارد.

 جرم مولی آن تقریباً 161.97 گرم در مول است. این ترکیب دارای نقطه ذوب حدود 792 درجه سانتیگراد است، که نشان دهنده پایداری آن در دماهای بالا می باشد. 

 ترکیب هیگروسکوپیک: کرومات سدیم رطوبت هوا را جذب کرده و فرم رایج هیدراته خود ،یعنی تتراهیدرات سدیم کرومات را تشکیل می دهد:

 PH: کرومات سدیم یک نمک بازی است. زمانی که در آب حل می‌شود، یک محلول قلیایی تولید می‌کند.

واکنش با اسیدها:در شرایط اسیدی، کرومات سدیم به دی‌کرومات سدیم (Na₂Cr₂O₇) تبدیل می‌شود:

Na2CrO4 + H2SO4 = Na2Cr2O7 + Na2SO4 + H2O

                                                                       

ویژگی‌های اکسیدکنندگی: کرومات سدیم یک عامل اکسیدکننده قوی است و می‌تواند ترکیبات آلی و عوامل کاهنده را اکسید کند.

واکنش با عوامل کاهنده: هنگام تماس با عوامل کاهنده، کروم شش‌ظرفیتی در کرومات سدیم، به کروم سه‌ظرفیتی (Cr³+) که سمیت کمتری دارد، کاهش یابد.

پایداری حرارتی: کرومات سدیم در دماهای بالا پایدار است و تنها در دماهای بسیار زیاد به اکسید سدیم Na₂O و اکسیدهای کروم Cr₂O₃تجزیه می‌شود.

روش های تولید کرومات سدیم

کرومات سدیم از طریق همجوشی قلیایی سنگ معدن کرومیت (FeCr2O4)، با کربنات سدیم (خاکستر سودا) در دماهای بالا تولید می شود.

مراحل فرآیند

تولید کرومات سدیم شامل دو مرحله اصلی است: کلسینه کردن (Roasting) و شستشو (Leaching)

1-کلسینه کردن (فرآیند اکسیداسیون)

سنگ معدن کرومیت به‌صورت پودر ریز، آسیاب شده و با کربنات سدیم و گاهی مقدار کمی آهک (CaO)، مخلوط می‌شود تا کارایی فرآیند افزایش یابد. مخلوط در یک کوره دوار یا بستر سیال، (Fluidized Bed) در دمای بین ۹۰۰ تا ۱۱۰۰ درجه سانتی‌گراد، حرارت داده می‌شود. در این مرحله، اکسیژن موجود در هوا، باعث اکسیداسیون کروم (III) موجود در کرومیت به کروم (VI) در کرومات سدیم می‌شود. در این واکنش، کربنات سدیم با کرومیت در حضور اکسیژن واکنش داده و کرومات سدیم، اکسید آهن (III) و دی‌اکسید کربن تولید می‌کند.

2–لیچینگ:

کرومات سدیم به دست آمده با آب شسته می شود تا کرومات سدیم حل شود، در حالی که باقی مانده های نامحلول، فیلتر می شوند. محلول کرومات سدیم از طریق تبخیر، تغلیظ می‌شود.

3–تبلور:

 پس از فیلتراسیون، محلول غلیظ می شود و کرومات سدیم پس از سرد شدن متبلور می شود. کریستال ها را می توان بیشتر از طریق تکنیک های تبلور مجدد خالص کرد.

کاربردهای رایج صنعتی و آزمایشگاهی کرومات سدیم

کاربردهای صنعتی

1-پردازش فلزات و آبکاری

به عنوان یک عامل پسیو‌کننده برای فلزاتی همچون آلومینیوم و فولاد استفاده می‌شود و سطوح را برای گالوانیزه کردن آماده کرده و لایه‌ای محافظ برای مقاومت در برابر خوردگی ایجاد میکند. همچنین چسبندگی پوشش های بعدی را بهبود داده و یک سد محافظ در برابر تخریب محیطی ایجاد می کند. این ترکیب در فرآیندهای آبکاری کروم برای کاربردهای تزئینی یا عملکردی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

2- جلوگیری از خوردگی

کرومات سدیم به عنوان یک مهارکننده خوردگی در سیستم‌های زیر استفاده می‌شود:

–تصفیه آب :کرومات سدیم، در سیستم های تصفیه آب، به کنترل خوردگی در اجزای فلزی کمک کرده و باعث افزایش طول عمر و بهبود عملکرد سیستم می شود. علاوه بر این، به عنوان یک بیوسید موثر عمل می کند و از رشد باکتری ها و جلبک ها در سیستم های آب صنعتی جلوگیری می کند.

–برج‌های خنک‌کننده: محافظت از قطعات فلزی در برابر اکسیداسیون.

 –عملیات حفاری نفت: افزودن به گل حفاری برای جلوگیری از خوردگی تجهیزات حفاری.

3-تولید رنگدانه

 کرومات سدیم به عنوان یک پیش ماده برای تولید انواع رنگدانه های مبتنی بر کروم عمل می کند. رنگدانه‌های اکسید کروم که از کرومات سدیم به دست می‌آیند، به دلیل ثبات رنگ عالی و مقاومت در برابر گرما و اشعه ماوراء بنفش، به طور گسترده در پوشش‌ها، پلاستیک‌ها و چرم مصنوعی استفاده می‌شوند. این رنگدانه ها در فرمولاسیون رنگ ها و پوشش هایی ،که در خودروسازی و هوافضا کاربرد دارند،استفاده میشوند.

4-صنعت نساجی

 کرومات سدیم نقش مهمی در فرآیندهای رنگرزی دارد. این ماده به عنوان یک ماده خشک کننده برای تثبیت رنگ ها بر روی پارچه، استفاده می شود و رنگ های زنده و ماندگاری را ایجاد می کند. توانایی این ترکیب برای تشکیل کمپلکس های پایدار با مولکول های رنگ، عمق و دوام رنگ را افزایش می دهد.

5- تولید شیشه و سرامیک

در تولید شیشه‌های مقاوم به حرارت و رنگی، برای تغییر ویژگی‌های نوری کاربرد دارد. همچنین دوام و پایداری رنگ در سرامیک‌ها را، افزایش می‌دهد.

کاربردهای آزمایشگاهی

1. شیمی تجزیه

 در محیط های آزمایشگاهی، کرومات سدیم یک معرف حیاتی در شیمی تجزیه است، به ویژه برای تجزیه و تحلیل کمی مواد مختلف. اغلب در آنالیز تیتریمتری و به عنوان یک محلول استاندارد برای تعیین قندهای احیاکننده، یون‌های فلزی و سایر آنالیت‌ها استفاده می‌شود.

2. کروماتوگرافی

 کرومات سدیم به عنوان یک اصلاح‌کننده فاز ثابت در تکنیک‌های کروماتوگرافی خاص استفاده می‌شود و کارایی جداسازی را در کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا (HPLC) افزایش می‌دهد. خواص آن باعث بهبود زمان نگهداری و تفکیک مخلوط های پیچیده می شود.

3. کاربردهای بیوشیمیایی

 نقش کرومات سدیم در تحقیقات بیوشیمیایی قابل توجه است، به ویژه در مطالعات مربوط به انتقال و متابولیسم ترکیبات کروم، در سیستم های بیولوژیکی. محققان از کرومات سدیم برای ردیابی مسیرهای متابولیک و ارزیابی پاسخ های بیولوژیکی، استفاده می کنند که منجر به درک بهتر اثرات کروم بر سلامت انسان و محیط زیست می شود.

4 – ایزوتوپ رادیواکتیو آن، کرومات سدیم-۵۱، در پژوهش‌های زیستی و پزشکی کاربرد دارد، به ویژه برای تعیین حجم خون و نشانه‌گذاری گلبول‌های قرمز استفاده میشود.

5-واسطه شیمیایی : در تولید سایر ترکیبات کروم، مانند اکسید کروم Cr₂O₃ و کرومات پتاسیم K₂CrO₄، استفاده می‌شود.

خطرات وایمنی

کرومات سدیم با اینکه در بسیاری از فرآیندهای صنعتی کاربرد دارد، با خطرات ایمنی قابل توجهی همراه است.

کرومات سدیم بدلیل سمیت و خواص سرطان زایی آن،  به عنوان یک ماده خطرناک طبقه بندی می شود.

آژانس بین‌المللی تحقیقات سرطان (IARC)، ترکیبات کروم (VI) از جمله کرومات سدیم را بعنوان سرطان‌زاهای گروه 1 طبقه‌بندی می‌کند. بمطالعات اپیدمیولوژیک قرار گرفتن طولانی مدت در معرض کروم (VI) را با افزایش خطر ابتلا به سرطان ریه مرتبط دانسته اند.

خاصیت خورندگی: این ماده به شدت برای پوست، چشم‌ها و غشاهای مخاطی ،خورنده است و در صورت تماس می‌تواند باعث سوختگی‌های شدید و آسیب دائمی شود.استفاده از تجهیزات حفاظت فردی (PPE)، کار در محیطی با تهویه مناسب و اجتناب از هرگونه تماس مستقیم با این ماده، برای به حداقل رساندن آسیب های احتمالی ضروری می باشد.

خطرات زیست محیطی

کرومات سدیم خطراتی برای محیط زیست نیز، به همراه دارد. می تواند سیستم های خاک و آب را آلوده کرده و منجر به اثرات مضر بر حیات وحش و اکوسیستم شود. کرومات سدیم بدلیل حلالیت در آب، به ویژه برای آبزیان خطرناک میباشد، زیرا می تواند منجر به تجمع زیستی در موجودات شود.

 نگهداری : این ماده را در مکانی خنک، خشک و دارای تهویه مناسب نگهداری کنید و آن را دور از مواد قابل اشتعال یا احتراق قرار دهید. آن را در ظروف محکم و مقاوم به خوردگی نگهداری کنید تا از نشت جلوگیری شود.

قیمت و خرید کرومات سدیم

کرومات سدیم ساخت ایران در کیسه های ۲۵ کیلویی موجود است. برای سفارش، با شماره‌های زیر تماس بگیرید: