크롬산칼륨

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1. 개요
2. 구조
3. 제조 및 반응
4. 응용
5. 발생
6. 안전성
참조

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.

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크롬산칼륨 - [화학 물질]에 관한 문서
일반 정보
크롬산 칼륨 샘플
IUPAC 이름	크롬산 칼륨
다른 이름	크롬산 K2CrO4 다이포타슘 염
식별
CAS 등록번호	7789-00-6
UNII	5P0R38CN2X
PubChem	24597
ChEBI	75249
RTECS	GB2940000
EINECS	232-140-5
SMILES	[O-][Cr](=O)(=O)[O-].[K+].[K+]
ChemSpider ID	22999
InChI	K2CrO4
InChIKey	XMXNVYPJWBTAHN-QALQIXLOAU
표준 InChI	1S/Cr.2K.4O/q;2+1;;;2-1
표준 InChIKey	XMXNVYPJWBTAHN-UHFFFAOYSA-N
UN 번호	3077
속성
화학식	K2CrO4
몰 질량	194.1898 g/mol
외관	노란색 가루
냄새	무취
밀도	2.7320 g/cm³
용해도	63.7 g/100 mL (20 °C) 75.1 g/100 mL (80 °C) 79.2 g/100 mL (100 °C)
다른 용매에 대한 용해도	알코올에 녹지 않음
녹는점	968 °C
끓는점	1000 °C
굴절률	1.74
자기 감수율	−3.9·10−6 cm3/mol
구조
결정 구조	사방정계
열화학
표준 생성 엔탈피	−1403.7 kJ/mol
엔트로피	200.12 J mol−1K−1
열용량	148.98 J mol−1K−1
위험성
NFPA 704	건강: 2 화재: 0 반응성: 0 기타: OX
H 문구	H315, H317, H319, H335, H340, H350i, H410
관련 화합물
다른 음이온	중크롬산 칼륨 몰리브덴산 칼륨 텅스텐산 칼륨
다른 양이온	크롬산 나트륨 크롬산 칼슘 크롬산 바륨
관련 화합물	하이포아염소산 칼륨 과크롬산 칼륨

2. 구조

두 가지 결정 형태가 알려져 있으며, 둘 다 황산칼륨과 매우 유사하다. 일반적인 형태는 사방정계 β-K₂CrO₄이지만, 66°C 이상에서는 α-형태로 변환된다.^[1] 고체는 황산칼륨과 유사한 결정 구조를 가지며, 사방정계에 속하고 격자 상수는 a = 5.92Å, b = 10.39Å, c = 7.68Å이다.^[6] 구조는 복잡하지만, 사면체형 크로뮴산염 이온(CrO₄^2-)은 전형적인 사면체 기하학 구조를 가진다.^[2]

3. 제조 및 반응

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

: $\mathrm{K_2Cr_2O_7(aq) + 2KOH \rightarrow 2K_2CrO_4 + H_2O}$

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

: $\mathrm{2KOH + CrO_3 \rightarrow K_2CrO_4 + H_2O}$

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

: $\mathrm{K_2Cr_2O_7 + K_2CO_3 \rightarrow 2K_2CrO_4 + CO_2}$

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.^[6]

수용액은 크롬산 이온의 가수분해 반응 때문에 약염기성을 띤다.

: $\mathrm{ {CrO_4}^{2-} + H_2O \rightleftharpoons {HCrO_4}^{-} + OH^- }$

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

: $\mathrm{ 2{CrO_4}^{2-} + 2H^+ \rightleftharpoons {Cr_2O_7}^{2-} + H_2O }$

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

: $\mathrm{ 2Ag^+ + {CrO_4}^{2-} \rightarrow Ag_2CrO_4 }$

: $\mathrm{ Ba^{2+} + {CrO_4}^{2-} \rightarrow BaCrO_4 }$

4. 응용

크롬산칼륨은 가격이 저렴한 나트륨염과 달리, 주로 무수염이 필요한 실험실 작업에 사용된다.^[1] 유기 합성에서는 산화제로 활용되며,^[1] 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.^[1] 또한 특정 이온을 검출하기 위한 침전 시약으로도 이용된다. 공업적으로는 산화제, 매염제, 분석용 시약 등으로 사용된다.

4. 1. 산화제

크롬산칼륨은 산화제로서 유기 합성에 사용된다.^[1] 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.^[1]

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.^[1] 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.^[6]

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.^[3] 이 화합물은 또한 부식성이 있으며, 노출되면 심각한 눈 손상이나 실명을 초래할 수 있다.^[4] 사람에게 노출될 경우 생식능력 저하, 유전적 손상, 태아 손상 등을 일으킬 수 있다.

산업안전보건법에서는 "크롬산 및 그 염"으로 제2류 특정화학물질로 지정되어 있다.

참조

_[1] 논문 Chromium Compounds Wiley-VCH
_[2] 논문 Structure cristalline de la forme 'basse temperature' du sulfate de potassium K₂SO₄-beta (Crystal structure of the "low temperature" β-form of potassium sulfate)
_[3] 서적 Volume 100C: Arsenic, Metals, Fibres, and Dusts https://publications[...] International Agency for Research on Cancer 2020-01-05
_[4] 웹사이트 Potassium dichromate MSDS http://hazard.com/ms[...] JT Baker
_[5] 논문 The NBS tables of chemical thermodynamics properties
_[6] 서적 化学大辞典共立出版

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