Oksidacijos-redukcijos procesai yra svarbiausių gyvosios ir negyvosios gamtos reiškinių pagrindas: degimas, sudėtingų medžiagų irimas, organinių junginių sintezė. Kalio permanganatas, kurio savybes išnagrinėsime mūsų straipsnyje, yra vienas iš galingiausių oksidatorių, naudojamų laboratorinėmis ir pramoninėmis sąlygomis. Jo oksidacinis gebėjimas priklauso nuo atomo oksidacijos būsenos, kuri kinta vykstant reakcijai. Panagrinėkime tai konkrečiais cheminių procesų, vykstančių dalyvaujant KMnO molekulėms, pavyzdžiais 4.
Medžiagos charakteristika
Mūsų svarstomas junginys (kalio permanganatas) yra viena iš plačiausiai pramonėje naudojamų medžiagų – mangano junginiai. Druską vaizduoja kristalai įprastų tamsiai violetinių prizmių pavidalu. Jis gerai tirpsta vandenyje ir susidaro aviečių spalvos tirpalas, pasižymintis puikiomis baktericidinėmis savybėmis.charakteristikos. Todėl medžiaga plačiai naudojama tiek medicinoje, tiek kasdieniame gyvenime kaip baktericidinis agentas. Kaip ir kiti septyniavalenčio mangano junginiai, druska gali oksiduoti daugelį organinių ir neorganinių junginių. Kalio permanganato skaidymas naudojamas chemijos laboratorijose, norint gauti nedidelius kiekius gryno deguonies. Junginys oksiduoja sulfito rūgštį į sulfatą. Pramonėje KMnO4 naudojamas chloro dujoms išgauti iš druskos rūgšties. Jis taip pat oksiduoja daugumą organinių medžiagų ir gali paversti geležies druskas geležies junginiais.
Eksperimentai su kalio permanganatu
Medžiaga, paprastai vadinama kalio permanganatu, kaitinama suyra. Reakcijos produktuose yra laisvo deguonies, mangano dioksido ir naujos druskos - K2MnO4. Laboratorijoje šis procesas atliekamas grynam deguoniui gauti. Cheminę kalio permanganato skilimo lygtį galima pavaizduoti taip:
2KMnO4=K2MnO4 + MnO2 + O2.
Sausoji medžiaga, kuri yra purpuriniai kristalai taisyklingų prizmių pavidalu, kaitinama iki +200 °C temperatūros. Mangano katijono, kuris yra druskos dalis, oksidacijos būsena yra +7. Reakcijos produktuose jis sumažėja atitinkamai iki +6 ir +4.
Etileno oksidacija
Dujiniai angliavandeniliai, priklausantys skirtingoms klasėmsorganinių junginių molekulėse yra tiek vienkartinių, tiek daugybinių jungčių tarp anglies atomų. Kaip nustatyti pi jungčių buvimą, pagrindžiantį nesočią organinio junginio prigimtį? Tam atliekami cheminiai eksperimentai, bandomąją medžiagą (pavyzdžiui, eteną arba acetileną) leidžiant per purpurinį kalio permanganato tirpalą. Pastebimas jo spalvos pasikeitimas, nes sunaikinama nesočioji jungtis. Etileno molekulė oksiduojasi ir iš nesočiųjų angliavandenilių virsta dvihidroksiliu sočiu alkoholiu – etilenglikoliu. Ši reakcija yra kokybiška dvigubų arba trigubų jungčių buvimui.
KMnO4 cheminių apraiškų ypatybės
Jei keičiasi reagentų ir reakcijos produktų oksidacijos būsenos, įvyksta oksidacijos-redukcijos reakcija. Jis pagrįstas elektronų judėjimo iš vieno atomo į kitą reiškiniu. Kaip ir kalio permanganato skilimo ir kitų reakcijų atveju, medžiaga pasižymi ryškiomis oksiduojančios medžiagos savybėmis. Pavyzdžiui, parūgštintame natrio sulfito ir kalio permanganato tirpale susidaro natrio, kalio ir mangano sulfatai, taip pat vanduo:
5Na2SO3 + 2KMnO4 + 3H2 SO4 =2MnSO4 + 5Na2SO4 + K2SO4 + 3H20.
Šiuo atveju sieros jonas yra reduktorius, o manganas, kuris yra sudėtinio anijono MnO dalis4-, pasižymi oksiduojančios medžiagos savybėmis. Jis priima penkis elektronus, todėl jo oksidacijos būsena keičiasi nuo +7 iki +2.
Aplinkos įtakacheminės reakcijos srautas
Priklausomai nuo vandenilio jonų arba hidroksilo grupių koncentracijos, tirpalas, kuriame vyksta redokso reakcija, yra rūgštus, šarminis arba neutralus. Pavyzdžiui, esant pertekliniam vandenilio katijonų kiekiui, mangano jonas, kurio oksidacijos būsena kalio permanganate yra +7, sumažina jį iki +2. Šarminėje aplinkoje, esant didelei hidroksilo grupių koncentracijai, natrio sulfitas, sąveikaujantis su kalio permanganatu, oksiduojasi iki sulfato. Mangano jonas, kurio oksidacijos būsena yra +7, patenka į katijoną, kurio krūvis yra +6, kurio sudėtis yra K2MnO4, kurio tirpalas yra žalios spalvos. Neutralioje aplinkoje natrio sulfitas ir kalio permanganatas reaguoja vienas su kitu ir nusėda mangano dioksidas. Mangano katijono oksidacijos būsena sumažėja nuo +7 iki +4. Reakcijos produktuose taip pat yra natrio sulfato ir šarminio natrio hidroksido.
Mangano rūgšties druskų naudojimas
Kalio permanganato skilimo reakcija kaitinant ir kiti redokso procesai, kuriuose dalyvauja mangano rūgšties druskos, dažnai naudojami pramonėje. Pavyzdžiui, daugelio organinių junginių oksidacija, dujinio chloro išsiskyrimas iš druskos rūgšties, geležies druskų pavertimas trivalelentėmis. Žemės ūkyje KMnO4 tirpalas naudojamas priešsėjiniam sėklų ir dirvožemio apdorojimui, medicinoje jie apdoroja žaizdų paviršių, dezinfekuoja uždegimines nosies ertmės gleivines,naudojamas asmens higienos reikmenims dezinfekuoti.
Savo straipsnyje mes ne tik išsamiai ištyrėme kalio permanganato skilimo procesą, bet ir apsvarstėme jo oksidacines savybes bei pritaikymą kasdieniame gyvenime ir pramonėje.
