Какое химическое свойство проявляют перманганаты
31 июля 2014
Автор
КакПросто!
Марганец – твердый серый металл. В соединениях он может проявлять степени окисления +2, +4, +6 и +7. В перманганате калия KMnO4 он находится в максимальной степени окисления +7. Другие названия этого вещества – калиевая соль марганцовой кислоты, марганцовокислый калий, на латыни – kalii permanganas.
Перманганат калия представляет собой темно-фиолетовые, почти черные кристаллы. При растворении в воде, в зависимости от концентрации, он дает раствор от бледно-розового до насыщенного фиолетового оттенка. В горячей воде KMnO4 растворяется лучше. Кристаллы вещества или сильно концентрированный раствор при попадании на кожу или слизистые могут вызвать ожоги.
Перманганат калия – кислородсодержащая калиевая соль. Поскольку катиону K(+) соответствует сильное основание KOH, а аниону MnO4(-) – сильная марганцовая кислота HMnO4, соль KMnO4 не гидролизуется.
KMnO4 – сильнейший окислитель. Он легко окисляет многие неорганические и органические вещества. Продукты восстановления перманганата калия зависят от условий, в которых протекает реакция. Так, в кислой среде он восстанавливается до Mn(2+), в нейтральной – до MnO2, в щелочной – до MnO4(2-).
Например, если добавить сульфит калия K2SO3 к подкисленному фиолетовому раствору перманганата калия, он обесцветится, поскольку образуется соль Mn(II):
2KMnO4+5K2SO3+3H2SO4=2MnSO4+6K2SO4+3H2O.
Это качественная реакция на ион MnO4(-).
Оксид марганца(IV) MnO2 – одно из наиболее важных соединений этого металла. Это коричнево-черный оксид, нерастворимый в воде, главный компонент пиролюзита. Так же, как и KMnO4, MnO2 является сильным окислителем, что используется, к примеру, при получении хлора:
MnO2+4HCl=MnCl2+Cl2↑+2H2O.
Бурый осадок MnO2 выпадает при действии сульфита калия K2SO3 на нейтральный раствор перманганата. Степень окисления марганца при этом изменяется от +7 до +4:
2KMnO4+3K2SO3+H2O=2MnO2↓+3K2SO4+2KOH.
В сильно щелочной среде, при большой концентрации щелочи, перманганат калия восстанавливается сульфитом калия до манганата K2MnO4:
2KMnO4+K2SO3+2KOH=2K2MnO4+K2SO4+H2O.
Фиолетовая окраска раствора при этом меняется на зеленую. Манганат калия – соединение марганца, устойчивое в щелочной среде.
Перманганат калия находит широкое применение как окислитель в химических лабораториях и промышленности. 0,1% раствор используется в медицине и в быту для дезинфекции, полосканий, лечения ожогов, выведения токсинов.
Источник
| Перманганат калия | |
|---|---|
 | |
 | |
| Систематическое наименование | Перманганат калия |
| Традиционные названия | Марганцовокислый калий, марганцовка |
| Хим. формула | KMnO4 |
| Состояние | твердое (хрупкие кристаллы) |
| Молярная масса | 158,034 г/моль |
| Плотность | 2,703 г/см³ |
| 240 °C | |
| Мол. теплоёмк. | 119,2 Дж/(моль·К) |
| Энтальпия образования | -813,4 кДж/моль |
| Растворимость в воде | 6,38 (20 °C) |
| Рег. номер CAS | ГОСТ 5777-84 ГОСТ 20490-75 |
| Рег. номер CAS | 7722-64-7 |
| PubChem | 516875 |
| Рег. номер EINECS | 231-760-3 |
| SMILES | [O-] [Mn](=O)(=O)=O.[K+] |
| InChI | 1S/K.Mn.4O/q+1;;;;;-1 VZJVWSHVAAUDKD-UHFFFAOYSA-N |
| Рег. номер EC | 231-760-3 |
| RTECS | SD6475000 |
| Номер ООН | 1490 |
| ChemSpider | 22810 |
| Токсичность | низкая |
| Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иного. | |
Кристаллы перманганата калия под микроскопом
Перманганат калия (лат. Kalii permanganas, распространённое название в быту — марганцовка) — марганцовокислый калий, калиевая соль марганцовой кислоты. Химическая формула — KMnO4. Представляет собой тёмно-фиолетовые, почти чёрные кристаллы, при растворении в воде образующие ярко окрашенный раствор цвета фуксии.
Физические свойства
Внешний вид: тёмно-фиолетовые кристаллы с металлическим блеском. Показатель преломления составляет 1,59 (при 20 °C).
Растворяется в воде (см. таблицу), жидком аммиаке, ацетоне (2:100), метаноле, пиридине.
Температура, °C | 10 | 20 | 25 | 30 | 40 | 50 | 65 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
Растворимость, г/100 г воды | 4,22 | 6,36 | 7,63 | 9 | 12,5 | 16,8 | 25 |
Термодинамические свойства
| Стандартная энтальпия образования ΔH | −813,4 кДж/моль (т) (при 298 К) |
|---|---|
| Стандартная энергия Гиббса образования G | −713,8 кДж/моль (т) (при 298 К) |
| Стандартная энтропия S | 171,71 Дж/(моль·K) (т) (при 298 К) |
| Стандартная мольная теплоёмкость Cp | 119,2 Дж/(моль·K) (т) (при 298 К) |
Химические свойства
| Окисленная форма | Восстановленная форма | Среда | E0, В |
|---|---|---|---|
| MnO4− | MnO42− | OH− | +0,56 |
| MnO4− | H2MnO4 | H+ | +1,22 |
| MnO4− | MnO2 | H+ | +1,69 |
| MnO4− | MnO2 | OH− | +0,60 |
| MnO4− | Mn2+ | H+ | +1,51 |
Слева направо (водные растворы): Co(NO3)2 (красный); K2Cr2O7 (оранжевый); K2CrO4 (жёлтый); NiCl2 (бирюзовый); CuSO4 (голубой); KMnO4 (фиолетовый)
Является сильным окислителем. В зависимости от pH раствора окисляет различные вещества, восстанавливаясь до соединений марганца разной степени окисления. В кислой среде — до соединений марганца(II), в нейтральной — до соединений марганца(IV), в сильно щелочной — до соединений марганца(VI). Примеры реакций приведены ниже (на примере взаимодействия с сульфитом калия):
- в кислой среде:
2KMnO4 + 5K2SO3 + 3H2SO4 → 6K2SO4 + 2MnSO4 + 3H2O
- в нейтральной среде:
2KMnO4 + 3K2SO3 + H2O → 3K2SO4 + 2MnO2 + 2KOH
- в щелочной среде:
2KMnO4 + K2SO3 + 2KOH → K2SO4 + 2K2MnO4 + H2O
Однако надо отметить, что последняя реакция (в щелочной среде) идёт по указанной схеме только при недостатке восстановителя и высокой концентрации щёлочи, которая обеспечивает замедление гидролиза манганата калия.
При соприкосновении с концентрированной серной кислотой перманганат калия взрывается, однако при аккуратном соединении с холодной кислотой реагирует с образованием неустойчивого оксида марганца(VII):
2KMnO4 + H2SO4 → K2SO4 + Mn2O7 + H2O
при этом в качестве промежуточного продукта может образовываться интересное соединение — оксосульфат марганца MnO3HSO4. По реакции с фторидом иода(V) можно получить аналогичный оксофторид:
KMnO4 + IF5 → KF + IOF3 + MnO3F
При нагревании разлагается с выделением кислорода (этим способом пользуются в лаборатории для получения чистого кислорода). Схему реакции упрощённо можно представить уравнением:
2KMnO4 →t K2MnO4 + MnO2 + O2
На самом деле реакция идёт намного сложнее, например, при не очень сильном нагревании её можно примерно описать уравнением:
5KMnO4 →t K2MnO4 + K3MnO4 + 3MnO2 + 3O2
Реагирует с солями двухвалентного марганца, например:
2KMnO4 + 3MnSO4 + 2H2O → 5MnO2 + K2SO4 + 2H2SO4
Эта реакция в принципе обратна дисмутации (диспропорционирование) K2MnO4 на MnO2 и KMnO4.
Окисляет органические вещества. В частности, разбавленные растворы перманганата калия в щелочной и нейтральной среде окисляют алкены до диолов (реакция Вагнера):
Водные растворы перманганата калия термодинамически нестабильны, но кинетически довольно устойчивы. Их сохранность резко повышается при хранении в темноте.
При смеси с пероксидом водорода протекает следующая реакция:
2KMnO4 + 3H2O2 → 2MnO2 + 3O2 + 2H2O + 2KOH
Применение
Применение этой соли чаще всего основано на высокой окисляющей способности перманганат-иона, обеспечивающей антисептическое действие.
Медицинское применение
| Другие названия | |
|---|---|
| Лекарственные формы | |
| Классификация | |
| Химическое соединение | |
| Перманганат калия | |
| Kalii permanganas | |
| ИЮПАК | Перманганат калия |
| Брутто-формула | KMnO₄ |
| CAS | 7722-64-7 |
| PubChem | 516875 |
| DrugBank | 13831 |
| Фармакол. группа | Антисептики и дезинфицирующие средства |
| АТХ | D08AX06 |
| порошок для приготовления раствора | |
| KMnO4, Калия перманганат, Марганцовка, Хамелеон минеральный, Марганцевокислый калий, Марганцовокислый калий, Калий марганцевокислый | |
| Перманганат калия | |
Разбавленные растворы (около 0,1 %) перманганата калия нашли широчайшее применение в медицине как антисептическое средство, для полоскания горла, промывания ран, обработки ожогов. В качестве рвотного средства для приёма внутрь при отравлениях морфином, аконитином и некоторыми другими алкалоидами используют разбавленный (0,02—0,1 %) раствор перманганата калия.
Фармакологическое действие
Антисептическое средство. При соприкосновении с органическими веществами выделяет атомарный кислород. Образующийся при восстановлении препарата оксид образует с белками комплексные соединения — альбуминаты (за счёт этого калия перманганат в малых концентрациях оказывает вяжущее, а в концентрированных растворах — раздражающее, прижигающее и дубящее действие). Обладает также дезодорирующим эффектом. Эффективен при лечении ожогов и язв. Способность калия перманганата обезвреживать некоторые яды лежит в основе использования его растворов для промывания желудка при отравлениях неизвестным ядом и пищевых токсикоинфекциях. При попадании внутрь всасывается, оказывая действие (приводит к развитию метгемоглобинемии).
Показания
Смазывание язвенных и ожоговых поверхностей — инфицированные раны, язвы и ожоги кожи. Полоскание полости рта и ротоглотки — при инфекционно-воспалительных заболеваниях слизистой оболочки полости рта и ротоглотки (в том числе при ангинах). Для промывания и спринцеваний при гинекологических и урологических заболеваниях — кольпиты и уретриты. Для промываний — желудка при отравлениях, вызванных приёмом внутрь алкалоидов (морфин, аконитин, никотин), синильной кислотой, фосфором, хинином; кожи — при попадании на неё анилина; глаз — при поражении их ядовитыми насекомыми.
Противопоказания
Гиперчувствительность.
При передозировке: резкая боль в полости рта, по ходу пищевода, в животе, рвота, диарея; слизистая оболочка полости рта и глотки — отёчная, тёмно-коричневого, фиолетового цвета, возможен отёк гортани, развитие механической асфиксии, ожогового шока, двигательного возбуждения, судорог, явлений паркинсонизма, геморрагического колита, нефропатии, гепатопатии. При пониженной кислотности желудочного сока возможно развитие метгемоглобинемии с выраженным цианозом и одышкой. Смертельная доза для детей — около 3 г, для взрослых — 0,3—0,5 г/кг.
Лечение: метиленовый синий (50 мл 1 % раствора), аскорбиновая кислота (внутривенно — 30 мл 5 % раствора), цианокобаламин — до 1 мг, пиридоксин (внутримышечно — 3 мл 5 % раствора).
Способ применения и дозы
Наружно, в водных растворах для промывания ран (0,1—0,5 %), для полоскания рта и горла (0,01—0,1 %), для смазывания язвенных и ожоговых поверхностей (2—5 %), для спринцевания (0,02—0,1 %) в гинекологической и урологической практике, а также промывания желудка при отравлениях.
Предосторожности
Активно взаимодействует при нагреве и даже при комнатной температуре с большинством восстановителей, например, органическими веществами (сахарозой, танинами, глицерином и многими другими), легкоокисляющимися веществами, поэтому при смешивании происходит саморазогревание, что иногда вызывает самовоспламенение смеси (с концентрированным раствором глицерина, или безводным — всегда) и может привести к взрыву.
Очень опасно растирание сухого перманганата калия с органическими веществами и порошками активных металлов и неметаллов (кальцием, алюминием, магнием, фосфором, серой и др.) — весьма вероятен взрыв.
Другие сферы применения
- Применяется для определения перманганатной окисляемости при оценке качества воды согласно ГОСТ 2761-84 по методу Кубеля.
- Щелочной раствор перманганата калия хорошо отмывает лабораторную посуду от жиров и других органических веществ.
- Растворы (концентрации примерно 3 г/л) широко применяются при тонировании фотографий.
- В пиротехнике применяют в качестве сильного окислителя.
- Применяют в качестве катализатора разложения перекиси водорода в космических жидкостно-ракетных двигателях.
- Водный раствор перманганата калия используется для травления дерева, в качестве морилки.
- Водный раствор применяется также для выведения татуировок. Результат достигается посредством химического ожога, при котором отмирают ткани, в которых содержится красящее вещество. Данный метод немногим отличается от простого срезания кожи, обычно он менее эффективен и более неприятен, так как ожоги заживают намного дольше. Татуировка не удаляется полностью, на её месте остаются шрамы.
- Перманганат калия или бихромат натрия используются в качестве окислителя при получении мета- и парафталевых кислот из мета- и параксилолов соответственно (см. Терефталевая кислота).
Получение
Химическое или электрохимическое окисление соединений марганца, диспропорционирование манганата калия. Например:
2MnO2 + 3Cl2 + 8KOH → 2KMnO4 + 6KCl + 4H2O2K2MnO4 + Cl2 → 2KMnO4 + 2KCl3K2MnO4 + 2H2O → 2KMnO4 + MnO2 + 4KOH2K2MnO4 + 2H2O → 2KMnO4 + H2↑ + 2KOH
Последняя реакция происходит при электролизе концентрированного раствора манганата калия и эндотермична, она является основным промышленным способом получения перманганата калия.
Ограничение на покупку
Входит в IV список прекурсоров ПККН в России (допускается исключение некоторых мер контроля).
14 июня 2013 года на Украине был признан прекурсором и внесён в список наркотических веществ.
Раствор перманганат калия
Раствор марганцовки
Соединения марганца | |
|---|---|
| |
Источник
Вы хотите познавать химию и профессионально, и с удовольствием? Тогда вам сюда! Автор методики системно-аналитического изучения химии Богунова В.Г. раскрывает тайны решения задач, делится секретами мастерства при подготовке к ОГЭ, ЕГЭ, ДВИ и олимпиадам
Сегодня мы начинаем знакомиться с портретами известных окислителей, вернее, с продуктами их восстановления. Их нужно помнить, чтобы написать ОВР методом полуреакций. Не нужно нервничать. Точек продуктов восстановления окислителей очень мало (около 15). Остальное – технология написания окислительно-восстановительных реакций.
Вначале давайте вспомним, кто такие окислители и чем они отличаются от восстановителей?
Окислители
1) Окислитель – атом в составе молекулы или иона, который присоединяет электроны от восстановителя. Происходит процесс восстановления окислителя (его степень окисления снижается).
2) Чем выше степень окисления атома в составе молекулы или иона, тем ярче проявляется окислительная активность.
3) Только свойства окислителя проявляют атомы с максимально возможной степенью окисления (она равна номеру группы).
Перманганат
1) Перманганат калия KMnO4 – черное кристаллическое вещество, растворы которого имеют интенсивно фиолетовую окраску.
2) KMnO4 – очень сильный окислитель.
3) Степень восстановления атома Mn+7 зависит от рН среды
На схеме хорошо видно, чем выше кислотность среды, тем выше окислительные способности перманганат-иона MnO4-. Это объясняется тем, что ионы Н+ внедряются в анионы MnO4- и ослабляют связь между атомами марганца и кислорода, деформируют анионы (за счет их поляризации) и облегчают, тем самым, действие восстановителя. Гидрок-сид-ионы в щелочной среде способствуют упрочнению связи между атомами марганца и кислорода Mn-О, поэтому перманганат-ион восстанавливается “совсем чуть-чуть”.
Внимание! Хотите научиться писать ОВР? Первое задание – выучить три точки продукта восстановления перманганат-иона (в разных средах).
Внимательно прочитайте примеры ОВР с участием перманганата калия в различных средах и попробуйте прописать их самостоятельно.
1) Перманганат в кислой среде
2) Перманганат в нейтральной среде
3) Перманганат в щелочной среде
На закуску дарю небольшую подборку вариантов 30-х заданий ЕГЭ с перманганатом калия. Попробуйте выполнить задания и написать ОВР методом полуреакций. Правильность написания ОВР можно проверить по готовым молекулярным уравнениям реакции.
Задание 30 (5 вариантов)
Из предложенного перечня веществ выберите вещества, между которыми возможна окислительно восстановительная реакция, и запишите уравнение этой реакции. Допустимо использование водных растворов веществ. Составьте электронный баланс, укажите окислитель и восстановитель.
1) перманганат калия, иодид калия, сульфат аммония, ацетат натрия, сульфат магния
2KMnO4 + 6KI + 4H2O → 2MnO2 + 3I2 + 8KOH
2) бром, нитрат бария, сульфат аммония, концентрированная соляная кислота, перманганат калия
2KMnO4 + 16HCl → 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 + 8H2O
3) перманганат калия, фосфин, серная кислота, нитрат лития, гидроксид алюминия
8KMnO4 + 5PH3 + 12H2SO4 → 4K2SO4 + 8MnSO4 + 5H3PO4 + 12H2O
4) нитрит калия, перманганат калия, нитрат натрия, хромат натрия, хлорид бария
2KMnO4 + 3KNO2 + H2O → 3KNO3 + 2MnO2 + 2KOH
5) перманганат калия, сульфат калия, сульфид натрия, хлорид натрия, сульфат олова (II)
2KMnO4 + 3Na2S + 4H2O → 2MnO2 + 3S + 2KOH + 6NaOH
Вы готовитесь к ЕГЭ и хотите поступить в медицинский? Обязательно посетите мой сайт Репетитор по химии и биологии. Здесь вы найдете огромное количество задач, заданий и теоретического материала, познакомитесь с моими учениками, многие из которых уже давно работают врачами.
Репетитор по химии и биологии кбн В.Богунова
Источник
Министерство образования Российской Федерации
«Химический хамелеон или история о перманганате калия»
Работу выполнили
Ученица 10 «А» класса
СОШ № 000
Милейковская Зоя
И ученик 11 «Б» класса
СОШ № 000
Кисин Сергей
Руководитель:
Санкт-Петербург
2010 год
Содержание
Вступление. Цели и задачи 3
Основная часть 5
Что такое перманганат калия 5
Растворимость 5
Открытие KMnO₄ 6
Способы получения 6
Другие способы получения перманганата 7
Химические свойства 9
Окислительные свойства в зависимости от среды 11
Разложение при нагревании 12
Применение марганцовки 12
Помощь при неправильном использовании 15
KMnO₄ в садоводстве 16
Заключение 16
Литература 17
Приложение 18
Опыты с марганцовкой 18
І опыт 19
ІІ опыт 19
ІІІ опыт 20
ІV опыт 22
Перманганат калия KMnO₄ – один из наиболее сильных окислителей, очень распространенных. Это почти черные блестящие кристаллы. Раствор в воде имеет интенсивную малиновую окраску, обусловленную, оказывается ионами MnO₄. Это вещество, в быту называемое, марганцовкой является хорошим дезинфицирующим средством. А почему KMnO₄ окислитель, дезинфицирующее средство, а потому, что степень его окисления марганца равна +7. И теперь становится ясно, почему, отправляясь в поход напоминают, чтобы взяли с собой немного марганцовки, чтобы воду сделать чистой из реки или озера. Оказывается, марганцовка окисляет воду на свету и примеси, находящиеся в ней. Если растворить несколько кристалликов перманганата калия в воде и подождать некоторое время, можно заметить, что малиновая окраска постепенно станет более бледной, а затем и совсем исчезнет, на стенках сосуда останется коричневый налет, это оксид марганца выпал в осадок – MnO₂ ↓.
4KMnO₄ + 2H₂O → 4MnO₂ + 4KOH + 3O₂↑
Mn + 3ē → Mn 3 4
2O – 4ē → O₂ 4 3
Бактерии, органические вещества окисляются кислородом или погибают под действием щелочной среды. Воду можно профильтровать и использовать. И значит, что раствор перманганата можно хранить только в темном сосуде.
Чем больше изучаешь химию, тем больше узнаешь интересного о веществах. И больше можешь объяснить происходящие явления.
Мы и поставили перед собой цель: больше узнать о веществе, которое, несмотря ни на какие обстоятельства есть, практически в каждой домашней аптечке. Так же о веществе, которое постоянно используют на уроках природоведения, физики и химии, чтобы показать явление диффузии и окрашивающие воду в красивый розовый цвет, веществе из которого на уроках химии получают кислород, а также при помощи марганцовки получают хлор из соляной кислоты.
Основная задача – изучить более глубоко это интересное вещество, а так как в природе его нет выяснить кто впервые его получил и как его еще можно получать, какими свойствами оно обладает, на каких свойствах применяется.
Что такое перманганат калия
Растворимость
Растворение KMnO₄ – это темно-фиолетовые кристаллы с металлическим блеском. Можно считать, что растворимость перманганата хорошая, но это кажется. На самом деле растворимость этой соли при комнатной температуре (20°с) всего 6,4 г на 100 г воды. Однако раствор имеет интенсивную окраску и кажется концентрированным. Растворимость растет при повышении температуры.
Температура °с | 10 | 20 | 25 | 30 | 40 | 50 | 65 |
Растворимость, г/100г воды | 4,22 | 6,4 | 7,63 | 9 | 12,5 | 16,8 | 25 |
Вещество кристаллизируется в виде красивых темно-фиолетовых призм, почти черных. Растворы имеют темно-малиновый, а при больших концентрациях – фиолетовый цвет.
Открытие KMnO₄
Шведский ученый Готлиб Юхан Ган свои исследования посвящал изучению минералов и неорганической химии. Вместе с соотечественником Вильгельмом Карлом Шееле в ходе исследования минерала пиролюзита MnO₂ в 1774 году открыли марганец (получил его в металлическом виде), а так же получили и изучили свойства ряда соединений марганца, в том числе и перманганат калия.
Способыполучения
При сплавлении диоксида марганца MnO₂ с карбонатом и нитратом калия (K₂CO₃ и KNO₃) получился зеленый сплав, растворяющийся в воде с образованием красивого зеленого раствора. Из этого раствора были выделены темно-зеленые кристаллы манганата калия K₂MnO₄.
MnO₂ + K₂CO₃ + KNO₃ → K₂MnO₄ + KNO₂ + CO₂.
Если же раствор оставляли на воздухе, то окраска его постепенно изменялась, переходила из зеленой в малиновую, причем образовывался темно бурый осадок. Это объяснялось тем, что в водном растворе манганаты самопроизвольно превращаются в соли марганцовой кислоты HMnO₄ с образованием диоксида марганца MnO₂.
3K₂MnO₄ + 2H₂O → 2KMnO₄ + MnO₂↓ + 4KOH
При этом один ион MnO₄ окисляет два других таких же иона в ионы MnO₄, а сам восстанавливается, образуя MnO₂.
Опыты повторялись и с другими компонентами, окисляли пиролюзит.
Это может быть окисление кислородом в присутствии щелочи KOH
2MnO₂ + 4KOH + O₂ → 2K₂MnO₄ + 2H₂O
Или нитратом калия в присутствии щелочи.
MnO₂ + KOH + KNO₃ = K₂MnO₄ + KNO₂ + H₂O
Но в любом случае манганат давал перманганат.
Процесс превращения манганата в перманганат обратим. Поэтому при избытке гидроксильных ионов, то есть щелочи раствор манганата может сохраниться без изменения. Но при уменьшении концентрации щелочи, зеленая окраска быстро переходит в малиновую.
Другие способы получения перманганата
При действии сильных окислителей (например, хлоре) на раствор манганата, последний полностью превращается в перманганат.
2K₂MnO₄ + Cl₂ = 2KMnO₄ + 2KCl
Может быть химическое или электрохимическое окисление соединений марганца.
MnO₂ + Cl₂ + 8KOH → 2KMnO₄ + 6KCl + 4H₂O
Манганат калия K₂MnO₄ может подвергаться электролизу. Это основной промышленный способ получения.
K₂MnO₄ + 2H₂O → 2KMnO₄ + H₂ + 2KOH
Катод анод
2H + 2ē → H₂↑ MnO₄ – ē → MnO₄
Восстановление окисление
В промышленности перманганат еще получают электролизом концентрированного гидроксида калия KOH с марганцевым анодом Mn. В процессе электролиза материал анода постепенно растворяется с образованием фиолетового раствора, содержащего перманганат анионы. На катоде выделяется водород.
Mn + 2KOH + 6H₂O → 2KMnO₄ + 7H₂↑
Катод анод
2H + 2ē → H₂↑(восстановление) Mn – 7ē → Mn(окисление)
Умеренно растворимый в воде перманганат калия выделяется в виде осадка и было бы заманчиво вместо привычной марганцовки производить перманганат натрия NaMnO₄. Гидроксид натрия доступнее, чем гидроксид калия. Однако в этих условиях выделить NaMnO₄ не возможно, в отличии от перманганата калия, он прекрасно растворяется в воде (при 20°с его растворяемость в воде 144 г на 100г воды).
Химические свойства
По химическим свойствам KMnO₄ сильный окислитель, так как степень окисления +7, и название он получил по системе названий перманганат. При высокой степени элемента прибавляют префикс пер и суффикс ат.
Легко переводит Fe в Fe, что используют при анализе определения солей Fe (двухвалентного железа).
2KMnO₄ + 8H₂SO₄ + 10FeSO₄ → 2MnSO₄ + 5Fe₂(SO₄)₃ + 8H₂O + K₂SO₄
· Обесцвечивается и слегка желтеет.
· Сернистая кислота переходит в серную.
2KMnO₄ + 5H₂SO₃ → 2H₂SO₄ + K₂SO₄ + 2MnSO₄ + 3H₂O
· А из соляной кислоты выделяется хлор.
2KMnO₄ + 16HCL → 5CL₂ + 2KCL + 2MnCL₂ + 8H₂O
Mn +5ē → Mn 5 2
2CL – 2ē → CL 2 5
(это лабораторный способ получения хлора)
ü Надо помнить, что хлор является ядовитым веществом и проводить этот опыт нужно в вытяжном шкафу.
Перманганат химически несовместим с углем, сахаром (сахарозой) C₁₂H₂₂O₄, с легковоспламеняющимися жидкостями – может произойти взрыв.
2KMnO₄ + C → K₂MnO₄ + CO₂ + MnO₂
В органической химии часто используют мягкое окисление, то есть
без разрыва связи C – C.
2KMnO₄ + 5C₂H₅OH + 3H₂SO₄ → 2MnSO₄ + 5C₂H₄O₂ + K₂SO₄
(спирт) (кислота)
2KMnO₄ + 3C₂H₄ + 4H₂O → 3CH₂ – CH₂ + 2MnO₂ + 2KOH
(этен) OH OH (окисление этилена)
Когда KMnO₄ взаимодействует с концентрированной серной кислотой – образуется оксид.
2KMnO₄ + H₂SO₄(конц.) → Mn₂O₇ + H₂O + K₂SO₄
ü Mn₂O₇ – маслянистая темно-зеленая жидкость. Хорошо реакция проходит с сухой солью. Mn₂O₇ единственный жидкий оксид металла; tпл. = 5,9°, неустойчив, легко взрывается. При t = 55° или при сотрясении. При контакте с ним воспламеняется спирт.
Это, кстати, один из способов зажечь спиртовку, не имея спичек. В фарфоровую чашку поместить несколько кристалликов KMnO₄, осторожно добавить 1-2 капли H₂SO₄(конц.) и аккуратно перемешать кашицу стеклянной палочкой. Затем палочкой дотронуться до фитилька спиртовки.
Mn₂O₇ + C₂H₅OH + 12H₂SO₄ → 12MnSO₄ + 10CO₂ + 27H₂O
KMnO₄ – окислитель как неорганических, так и органических веществ. Чем больше электронов способен принять окислитель в ходе реакции, тем больше количество молей другого вещества он будет окислять. А число электронов зависит от условий проведения реакции, например, от кислотности.
Подкисленный крепкий раствор KMnO₄ буквально сжигает многие органические вещества, превращая их в CO₂ и H₂O.
Например, окисление щавелевой кислоты
H₂C₂O₄ + 2KMnO₄ + 3H₂SO₄ = 10CO₂ + MnSO₄ + K₂SO₄ + 8H₂O
2C – 2ē → 2C 5 окисление
Mn + 5ē → Mn 2 восстановление
§ Этим пользуются химики для мытья лабораторной посуды, сильно загрязненной плохо смываемыми останками органических веществ, этим также иногда пользуются при мытье окон (осторожно).
Окислительные свойства в зависимости от среды
В зависимости от кислотной среды KMnO₄ может быть восстановлен до разных продуктов:
· Кислая среда
В кислой среде – до соединений марганца (ІІ).
2KMnO₄ + 4K₂SO₃ + 3H₂SO₄ → 2MnSO₄ + 5K₂SO₄ + 3H₂O
– раствор обесцвечивается, так как соединения марганца (ІІ) бесцветны.
· Нейтральная среда
В нейтральной среде – до соединений марганца (ІV).
2KMnO₄ + 3K₂SO₃ + H₂O → 2MnO₂↓ + 3K₂SO₄ + 2KOH
MnO₂ придает раствору бурый оттенок, так как он выпадает в осадок.
· Сильно щелочная среда
В сильно щелочной среде – до соединений марганца (VІ).
2KMnO₄ + K₂SO₃ + 2KOH → 2K₂MnO₄ + K₂SO₄ + H₂O
Образуется изумрудно-зеленый раствор манганата калия. Этот раствор можно еще получить на пламени спиртовки, не очень крепкий раствор KMnO₄ с добавлением твердой щелочи KOH.
4 KMnO₄ + 4KOH → 4K₂MnO₄ + O₂ + 2H₂O
Разложение при нагревании
При нагревании KMnO₄ разлагается. Это часто используют для получения кислорода в лаборатории. Достаточно t = 200°с.
KMnO₄ → K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂
Внесенная тлеющая лучина в пробирку с выделившимся кислородом вспыхивает ярким пламенем. Работать нужно осторожно, в отверстие вложить ватку-фильтр, чтобы с током кислорода в воздухе не попадали твердые вещества продуктов разложения.
Применение марганцовки
Применяется KMnO₄ опять-таки на высокой окисляющей способности перманганат-иона, обеспечивающей антисептическое действие.
Разбавленные растворы (около 0,1 %) перманганата калия нашли широчайшее применение в медицине, как антисептическое средство для полоскания горла, промывания ран, обработки ожогов. В качестве рвотного средства для приема внутрь при некоторых отравлениях используют разбавленный раствор.
При соприкосновении с органическими веществами выделяется атомарный кислород. Образующийся при восстановлении препарата оксид образует с белками комплексные соединения – альбумитаны (за счет этого KMnO₄ в малых концентрациях оказывает вяжущее, а в концентрированных растворах раздражающее, прижигающее и дубящее действие). Обладает также дезодорирующим эффектом. Эффективен при лечении ожогов и язв.
Способность KMnO₄ обезвреживать некоторые яды лежит в основе использования его растворов для промывания желудка при отравлениях неизвестными ядом и пищевых токсигенфекций.
(При попадании внутрь всасывается, оказывая гематоксическое действие).
В частности KMnO₄ можно использовать при отравлении синильной кислотой HCN, фосфором.
ü HCN – жидкость с запахом горького миндаля, очень ядовита.
2HCN + 2 KMnO₄ → N₂ + 2KOH + 2MnCO₃.
§ KOH нейтрализуется;
§ HCL желудочного сока.
KOH + HCL → KCL + H₂O
А карбонат марганца переходит в CO₂ и H₂O и растворимую соль MnCL₂.
Перманганат может применяться в других сферах.
В 1888 году русский ученый Егор Егорович Вагнер открыл реакцию окисления органических соединений содержащих этиленовую связь, действием на эти соединения 1% раствора KMnO₄ в щелочной среде (реакция Вагнера).
Используя этот способ он доказал непредельный характер ряда терпенов (установил строение пинена – основного компонента русских сосновых скипидаров).
KMnO₄ в щелочном растворе являются слабым окислителем. Например, если пропускать через этот раствор этилен C₂H₄ окраска марганцовки исчезает по мере окисления этилена в этан 1,2 диол или этиленгликоль.
3CH₂ = CH₂ + 2KMnO₄ + 4H₂O → 3CH₂ – CH₂ + MnO₂↓ + 2KOH
OH OH
Образуется также коричневая суспензия диоксида MnO₂. Обесцвечивание холодного разбавленного раствора KMnO₄ является качественной реакцией на присутствие углерод-углеродный кратной связи С=С, так как очень немногие органические соединения окисляются таким способом.
Щелочной раствор KMnO₄ хорошо отмывает лабораторную посуду от жиров и других органических веществ.
Растворы – концентрации 3 г/л широко применяются для тонирования фотографий.
Перманганат в кислых растворах являются сильным окислителем широко применяется в титриметрическом анализе, резкий переход фиолетовой (ионы MnO₄) к бледно-розовой (ионы Mn) делает недопустимым использования индикаторов. Ионы MnO₄ окисляют H₂S, сульфиды, иониды, бромиды, хлориды, нитриты, перекись водорода.
2KMnO₄ + 5H₂O₂ + 3H₂SO₄ → 2MnSO₄ + K₂SO₄ + 8H₂O + 5O₂
Французский химик и физик Гей-Люссак Жозеф Луи ввел в химию метод объемного анализа. В 1787 году К. Бертолле описал метод окислительно-восстановительного титрования, в том числе и перманганатормию. Этим методом можно определить количественно: щавелевую, муравьную сероводородную, перекись водорода,