Hapetus-pelkistysprosessit ovat elollisen ja elottoman luonnon tärkeimpien ilmiöiden taustalla: palaminen, monimutkaisten aineiden hajoaminen, orgaanisten yhdisteiden synteesi. Kaliumpermanganaatti, jonka ominaisuuksia tutkimme artikkelissamme, on yksi tehokkaimmista laboratorio- ja teollisuusolosuhteissa käytetyistä hapettimista. Sen hapetuskyky riippuu atomin hapetusasteesta, joka muuttuu reaktion aikana. Tarkastellaan tätä erityisillä esimerkeillä kemiallisista prosesseista, jotka tapahtuvat KMnO-molekyylien mukana 4.
Aineen ominaisuus
Harkittava yhdiste (kaliumpermanganaatti) on yksi teollisuudessa laajimmin käytetyistä aineista - mangaaniyhdisteet. Suolaa edustavat kiteet säännöllisten tumman violettien prismojen muodossa. Se liukenee hyvin veteen ja muodostaa vadelmanvärisen liuoksen, jolla on erinomaiset bakterisidiset ominaisuudet.ominaisuudet. Siksi aine on löytänyt laajan sovelluksen sekä lääketieteessä että jokapäiväisessä elämässä bakteereja tappavana aineena. Kuten muutkin hepvalenttisen mangaanin yhdisteet, suola pystyy hapettamaan monia orgaanisia ja epäorgaanisia yhdisteitä. Kaliumpermanganaatin hajottamista käytetään kemiallisissa laboratorioissa pienten määrien puhdasta happea saamiseksi. Yhdiste hapettaa sulfiittihapon sulfaatiksi. Teollisuudessa KMnO4 käytetään kloorikaasun erottamiseen suolahaposta. Se myös hapettaa useimmat orgaaniset aineet ja pystyy muuttamaan rautasuoloja rautayhdisteiksi.
Kokeet kaliumpermanganaatilla
Aine, jota yleisesti kutsutaan kaliumpermanganaatiksi, hajoaa kuumennettaessa. Reaktiotuotteet sisältävät vapaata happea, mangaanidioksidia ja uutta suolaa - K2MnO4. Laboratoriossa tämä prosessi suoritetaan puhtaan hapen saamiseksi. Kemiallinen yhtälö kaliumpermanganaatin hajoamiselle voidaan esittää seuraavasti:
2KMnO4=K2MnO4 + MnO2 + O2.
Kuiva-aine, joka on purppuraisia kiteitä säännöllisten prismien muodossa, kuumennetaan +200 °C:n lämpötilaan. Mangaanikationin, joka on osa suolaa, hapetusaste on +7. Se pienenee reaktiotuotteissa arvoon +6 ja +4, vastaavasti.
Eteenin hapettuminen
Kaasuhiilivedyt, jotka kuuluvat eri luokkiinorgaanisten yhdisteiden molekyyleissä on sekä yksi- että moninkertaisia sidoksia hiiliatomien välillä. Kuinka määrittää pi-sidosten läsnäolo orgaanisen yhdisteen tyydyttymättömän luonteen taustalla? Tätä varten suoritetaan kemialliset kokeet johtamalla testiaine (esimerkiksi eteeni tai asetyleeni) purppuranpunaisen kaliumpermanganaattiliuoksen läpi. Sen värimuutoksia havaitaan, koska tyydyttymätön sidos tuhoutuu. Etyleenimolekyyli hapettuu ja muuttuu tyydyttymättömästä hiilivedystä kaksiarvoiseksi tyydyttyneeksi alkoholiksi - etyleeniglykoliksi. Tämä reaktio on kvalitatiivinen kaksois- tai kolmoissidosten esiintymisen suhteen.
KMnO4:n kemiallisten ilmentymien piirteet
Jos lähtöaineiden ja reaktiotuotteiden hapetustilat muuttuvat, tapahtuu hapetus-pelkistysreaktio. Se perustuu ilmiöön, jossa elektronit liikkuvat atomista toiseen. Kuten kaliumpermanganaatin hajoamisessa ja muissa reaktioissa, aineella on selvät hapettimen ominaisuudet. Esimerkiksi natriumsulfiitin ja kaliumpermanganaatin happamaksi tehdyssä liuoksessa muodostuu natrium-, kalium- ja mangaanisulfaatteja sekä vettä:
5Na2SO3 + 2KMnO4 + 3H2 SO4 =2MnSO4 + 5Na2SO4 + K2SO4 + 3H20.
Tässä tapauksessa rikki-ioni on pelkistävä aine ja mangaani, joka on osa kompleksista anionia MnO4-, osoittaa hapettimen ominaisuuksia. Se hyväksyy viisi elektronia, joten sen hapetusaste vaihtelee +7:stä +2:een.
Ympäristön vaikutuskemiallisen reaktion virtaus
Riippuen vetyionien tai hydroksyyliryhmien konsentraatiosta, liuoksen, jossa redox-reaktio tapahtuu, luonne erotetaan hapan, emäksinen tai neutraali. Esimerkiksi vetykationien ylimäärällä mangaani-ioni, jonka hapetusaste on +7 kaliumpermanganaatissa, alentaa sen arvoon +2. Alkalisessa ympäristössä, korkealla hydroksyyliryhmien pitoisuudella, natriumsulfiitti, joka on vuorovaikutuksessa kaliumpermanganaatin kanssa, hapettuu sulfaatiksi. Mangaani-ioni, jonka hapetusaste on +7, menee kationiin, jonka varaus on +6 ja joka on koostumuksessa K2MnO4, jonka liuoksella on vihreä väri. Neutraalissa ympäristössä natriumsulfiitti ja kaliumpermanganaatti reagoivat keskenään ja mangaanidioksidi saostuu. Mangaanikationin hapetusaste laskee +7:stä +4:ään. Natriumsulfaattia ja alkalinatriumhydroksidia löytyy myös reaktiotuotteista.
Mangaanihapon suolojen käyttö
Kaliumpermanganaatin hajoamisreaktiota kuumennettaessa ja muita redox-prosesseja, joihin liittyy mangaanihapon suoloja, käytetään usein teollisuudessa. Esimerkiksi monien orgaanisten yhdisteiden hapettuminen, kaasumaisen kloorin vapautuminen suolahaposta, rautasuolojen muuttuminen kolmiarvoisiksi. Maataloudessa KMnO4-liuosta käytetään siementen ja maaperän esikylvökäsittelyyn, lääketieteessä ne hoitavat haavojen pintaa, desinfioivat nenäontelon tulehtuneita limakalvoja,käytetään henkilökohtaisten hygieniatarvikkeiden desinfiointiin.
Artikkelissamme emme vain tutkineet yksityiskohtaisesti kaliumpermanganaatin hajoamisprosessia, vaan myös pohdimme sen hapettavia ominaisuuksia ja sovelluksia jokapäiväisessä elämässä ja teollisuudessa.
