Калия бихромат: свойства и применение¶

Калия бихромат (калия дихромат, двухромовокислый калий) — неорганическое соединение с химической формулой K₂Cr₂O₇, относящееся к классу средних солей хромовой кислоты в её дихроматной форме. Представляет собой кристаллическое вещество оранжево-красного цвета, хорошо растворимое в воде, сильный окислитель и один из наиболее распространённых реактивов в лабораторной и промышленной практике. В русскоязычной литературе и в обиходе встречается также латинизированное название «калиум бихромикум», восходящее к фармакопейной и аптечной традиции обозначения веществ на латыни.

¶Физические и химические свойства

При нормальных условиях калия бихромат образует ярко-оранжевые триклинные кристаллы. Молярная масса составляет около 294,18 г/моль. Температура плавления — примерно 398 °C, при дальнейшем нагреве выше ~500 °C соединение разлагается с выделением кислорода и образованием хромита калия и оксида хрома(III).

Растворимость в воде умеренная и заметно возрастает с температурой: при 20 °C растворяется около 12–13 г на 100 г воды, при 100 °C — более 100 г. Водные растворы имеют кислую реакцию и оранжевую окраску, обусловленную дихромат-ионом Cr₂O₇²⁻. В щелочной среде оранжевый дихромат переходит в жёлтый хромат:

Cr₂O₇²⁻ + 2OH⁻ ⇄ 2CrO₄²⁻ + H₂O

Это равновесие чувствительно к кислотности среды и широко используется в аналитической химии.

Как сильный окислитель, калия бихромат в кислой среде восстанавливается до ионов Cr³⁺ (зелёного цвета). Стандартный окислительно-восстановительный потенциал пары Cr₂O₇²⁻/Cr³⁺ составляет около +1,33 В, что делает его эффективным реагентом для окисления многих органических и неорганических веществ.

¶Получение

Промышленный способ основан на переработке хромита железа (хромистого железняка, FeCr₂O₄). Руду сплавляют с карбонатом калия и карбонатом кальция в присутствии воздуха; образующийся хромат калия далее переводят в дихромат подкислением:

2K₂CrO₄ + H₂SO₄ → K₂Cr₂O₇ + K₂SO₄ + H₂O

В лабораторных условиях вещество получают обменными реакциями или очисткой технического продукта перекристаллизацией. Технический калия бихромат обычно содержит примеси сульфатов и хлоридов.

¶Применение

¶Окислитель в химии и промышленности

Калия бихромат широко применяется как окислитель в органическом синтезе, при травлении и пассивации металлических поверхностей, в производстве красителей и пигментов. Оксид хрома(III), получаемый восстановлением дихромата, служит основой зелёных пигментов.

¶Аналитическая химия

В титриметрии калия бихромат используют как первичный стандарт благодаря устойчивости при хранении и постоянному составу. Метод дихроматометрии применяется для определения восстановителей — например, ионов железа(II), а также для анализа содержания этанола в выдыхаемом воздухе (в классических алкометрах и индикаторных трубках). Окисление дихроматом лежит в основе ряда методов определения химического потребления кислорода (ХПК) в воде.

¶Другие области

Вещество применяется в фотографии и литографии (в составе дубящих растворов), в пиротехнике, в дублении кож, в консервации древесины. Ранее использовалось в медицине и ветеринарии как наружное прижигающее и антисептическое средство, что и закрепило латинское наименование «калиум бихромикум» в фармакопеях.

¶Токсичность и безопасность

Калия бихромат токсичен и относится к веществам 1-го класса опасности. Соединения шестивалентного хрома канцерогенны, вызывают раздражение и ожоги кожи и слизистых, при попадании внутрь — тяжёлые отравления. Возможны аллергические реакции (хромовая аллергия), распространённые в строительной и кожевенной отраслях. При работе с веществом обязательны средства индивидуальной защиты, вентиляция и соблюдение правил обращения с опасными химикатами. Сброс растворов в сточные воды без нейтрализации и восстановления хрома(VI) до хрома(III) запрещён.

¶Правовой статус и обращение

Оборот калия бихромата во многих странах регулируется как в отношении опасных химических веществ, так и в рамках контроля за прекурсорами. Соединения хрома(VI) включены в международные перечни веществ, представляющих опасность для здоровья и окружающей среды. В России требования к обращению установлены законодательством о промышленной и экологической безопасности, а также нормами охраны труда.

¶Историческая справка

Дихроматы были выделены и изучены в конце XVIII — начале XIX века в ходе исследований соединений хрома. Открытие хрома приписывают Л. Н. Воклену (1797), а систематическое изучение его солей заложило основы современной химии координационных соединений и промышленной переработки хромовых руд. С тех пор калия бихромат занял устойчивое место среди базовых реактивов химической лаборатории.