크롬산칼륨

1. 개요

크롬산칼륨은 화학식 K₂CrO₄를 갖는 칼륨의 크롬산염이다. 사방정계 결정 구조를 가지며, 중크롬산칼륨을 수산화칼륨으로 처리하거나 삼산화크롬과 수산화칼륨을 용융시켜 제조할 수 있다. 주로 실험실에서 산화제, 분석 시약으로 사용되며, 특히 은 이온의 비색 분석, 침전 적정의 지시약으로 활용된다. 타라파카이트라는 천연 광물 형태로도 존재하지만 매우 드물다. 다른 Cr(VI) 화합물과 마찬가지로 발암 물질이며, 부식성이 있어 눈 손상, 생식 능력 저하, 유전적 손상 등을 유발할 수 있다.

2. 구조

두 가지 결정 형태가 알려져 있으며, 둘 다 황산칼륨과 매우 유사하다. 일반적인 형태는 사방정계 β-K₂CrO₄이지만, 66°C 이상에서는 α-형태로 변환된다. 고체는 황산칼륨과 유사한 결정 구조를 가지며, 사방정계에 속하고 격자 상수는 a = 5.92Å, b = 10.39Å, c = 7.68Å이다. 구조는 복잡하지만, 사면체형 크로뮴산염 이온(CrO₄^2-)은 전형적인 사면체 기하학 구조를 가진다.

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3. 제조 및 반응

중크롬산칼륨(Potassium dichromate)을 수산화칼륨(Potassium hydroxide)으로 처리하여 제조할 수 있다.

:$\backslash mathrm\{K\_2Cr\_2O\_7(aq)\; +\; 2KOH\; \backslash rightarrow\; 2K\_2CrO\_4\; +\; H\_2O\}$

또는 수산화칼륨과 삼산화크롬(Chromium trioxide)을 용융시켜 만들기도 한다.

:$\backslash mathrm\{2KOH\; +\; CrO\_3\; \backslash rightarrow\; K\_2CrO\_4\; +\; H\_2O\}$

공업적으로는 중크롬산칼륨을 탄산칼륨과 반응시켜 생산하며, 이렇게 생성된 크롬산칼륨은 산화제, 매염제, 분석용 시약 등으로 사용된다.

:$\backslash mathrm\{K\_2Cr\_2O\_7\; +\; K\_2CO\_3\; \backslash rightarrow\; 2K\_2CrO\_4\; +\; CO\_2\}$

용액 상태에서 칼륨 및 나트륨 중크롬산염의 거동은 매우 유사하다. 납(II)질산염으로 처리하면 주황색의 납(II)크롬산염 침전물이 생성된다.

고체 상태의 크롬산칼륨은 황산칼륨과 유사한 결정구조를 가지며, 사면체 형태의 크롬산 이온을 포함한다. 결정계는 사방정계에 속하고, 격자상수는 a = 5.92Å, b = 10.39Å, c = 7.68Å이다.

수용액은 크롬산 이온의 가수분해 반응 때문에 약염기성을 띤다.

:$\backslash mathrm\{\; \{CrO\_4\}^\{2-\}\; +\; H\_2O\; \backslash rightleftharpoons\; \{HCrO\_4\}^\{-\}\; +\; OH^-\; \}$

이 수용액을 산성으로 만들면 중크롬산 이온이 생성되면서 용액의 색이 황색에서 주황색으로 변한다.

:$\backslash mathrm\{\; 2\{CrO\_4\}^\{2-\}\; +\; 2H^+\; \backslash rightleftharpoons\; \{Cr\_2O\_7\}^\{2-\}\; +\; H\_2O\; \}$

분석화학에서는 침전 시약으로 활용된다. 은 이온(Ag⁺)과 반응하면 적갈색의 크롬산은(Ag₂CrO₄) 침전이 생기고, 바륨 이온(Ba²⁺)과 반응하면 황색의 크롬산바륨(BaCrO₄) 침전이 생긴다.

:$\backslash mathrm\{\; 2Ag^+\; +\; \{CrO\_4\}^\{2-\}\; \backslash rightarrow\; Ag\_2CrO\_4\; \}$
:$\backslash mathrm\{\; Ba^\{2+\}\; +\; \{CrO\_4\}^\{2-\}\; \backslash rightarrow\; BaCrO\_4\; \}$

4. 응용

크롬산칼륨은 가격이 저렴한 나트륨염과 달리, 주로 무수염이 필요한 실험실 작업에 사용된다. 유기 합성에서는 산화제로 활용되며, 분석화학 분야에서도 중요한 역할을 한다. 예를 들어, 정성 무기 분석에서 은 이온을 검출하는 비색 분석 시약으로 사용되고, 질산은과 염화나트륨을 이용한 침전 적정에서는 반응의 종말점을 나타내는 지시약으로 쓰인다. 또한 특정 이온을 검출하기 위한 침전 시약으로도 이용된다. 공업적으로는 산화제, 매염제, 분석용 시약 등으로 사용된다.

4.1. 산화제

크롬산칼륨은 산화제로서 유기 합성에 사용된다. 또한 공업적으로도 산화제로 사용된다.

4.2. 분석 시약

정성 무기 분석에 사용되는데, 예를 들어 은 이온의 비색 분석 시약으로 활용된다. 또한 질산은과 염화나트륨을 이용한 침전 적정(모어법)에서 지시약으로 사용되며, 과량의 Ag⁺ 이온이 존재할 때 크롬산칼륨은 적색의 Ag₂CrO₄ 침전을 형성하여 반응 종말점을 나타낸다.

분석화학에서는 특정 이온을 검출하기 위한 침전 시약으로도 사용된다.
* Ag⁺ 이온과 반응하여 적갈색의 Ag₂CrO₄을 침전시킨다.
*: 2Ag⁺ + CrO₄^2- → Ag₂CrO₄
* Ba²⁺ 이온과 반응하여 황색의 BaCrO₄을 침전시킨다.
*: Ba²⁺ + CrO₄^2- → BaCrO₄

4.3. 기타

저렴한 나트륨염과 달리, 크롬산칼륨은 주로 무수염이 필요한 실험실 작업에 사용된다. 산화제로서 유기 합성에 사용되며, 정성 무기 분석에도 사용되는데, 예를 들어 은 이온의 비색 분석 시약으로 활용된다. 또한 질산은과 염화나트륨을 이용한 침전 적정에서 지시약으로 사용되며(이들은 서로 표준물질이자 적정액으로 사용될 수 있다), 과량의 은 이온이 존재할 때 크롬산칼륨은 적색으로 변한다.

공업적으로는 중크롬산칼륨을 탄산칼륨과 반응시켜 생성한다. 이 방법으로 만들어진 크롬산칼륨은 산화제, 매염제, 분석용 시약 등에 사용된다.
: K₂Cr₂O₇ + K₂CO₃ → 2 K₂CrO₄ + CO₂

고체 상태의 크롬산칼륨은 황산칼륨과 유사한 결정구조를 가지며, 사면체형 크롬산 이온(CrO₄^2-)을 포함한다. 사방정계 결정계에 속하며, 그 격자상수는 a = 5.92 Å, b = 10.39 Å, c = 7.68 Å이다.

수용액 상태에서는 크롬산 이온의 가수분해 반응으로 인해 약염기성을 나타낸다.
: CrO₄^2- + H₂O ⇌ HCrO₄^- + OH^-
수용액을 산성으로 만들면 중크롬산 이온(Cr₂O₇^2-)이 생성되면서 용액의 색이 황색에서 오렌지색으로 변한다.
: 2 CrO₄^2- + 2 H⁺ ⇌ Cr₂O₇^2- + H₂O

분석화학에서는 침전 시약으로 사용되기도 한다. 은 이온(Ag⁺)과 반응하면 적갈색의 크롬산은(Ag₂CrO₄) 침전이 생성되고, 바륨 이온(Ba²⁺)과 반응하면 황색의 크롬산바륨(BaCrO₄) 침전이 생성된다.
: 2 Ag⁺ + CrO₄^2- → Ag₂CrO₄
: Ba²⁺ + CrO₄^2- → BaCrO₄

5. 발생

타라파카이트는 크롬산칼륨의 천연 광물 형태이다. 이는 매우 드물게 발생하며, 현재까지 아타카마 사막의 일부 지역에서만 발견된 것으로 알려져 있다.

6. 안전성

다른 6가 크롬(Cr(VI)) 화합물과 마찬가지로, 크롬산칼륨은 발암물질이다. 이 화합물은 또한 부식성이 있으며, 노출되면 심각한 눈 손상이나 실명을 초래할 수 있다. 사람에게 노출될 경우 생식능력 저하, 유전적 손상, 태아 손상 등을 일으킬 수 있다.
산업안전보건법에서는 "크롬산 및 그 염"으로 제2류 특정화학물질로 지정되어 있다.