Nadmanganian potasu (KMnO4): struktura, właściwości
Nadmanganian potasu (KMnO 4) jest związkiem nieorganicznym utworzonym przez mangan - grupa metalu przejściowego 7 (VIIB) -, tlen i potas. To ciemnopurpurowe ciało szkliste. Ich roztwory wodne są również ciemnofioletowe; Roztwory te stają się mniej fioletowe, ponieważ są rozcieńczane w większych ilościach wody.
KMnO 4 następnie zaczyna ulegać redukcji (wzmocnienie elektronów) w kolejności kolorów w następującej kolejności: fioletowy> niebieski> zielony> żółty> bezbarwny (z brązowym osadem MnO 2 ). Ta reakcja wykazuje ważną właściwość nadmanganianu potasu: jest bardzo silnym środkiem utleniającym.
Formuła
Jego wzór chemiczny to KMnO4; to znaczy dla każdego kationu K + istnieje anion MnO 4 - oddziałujący z tym anionem
Struktura chemiczna
Górny obraz pokazuje strukturę krystaliczną KMnO4, która jest ortomombowa. Fioletowe kule odpowiadają kationom K +, podczas gdy czworościan utworzony przez cztery czerwone kule i niebieską kulę odpowiada anionowi MnO 4 .
Dlaczego anion ma geometrię czworościenną? Twoja struktura Lewisa odpowiada na to pytanie. Linie przerywane oznaczają, że wiązania podwójne rezonują między Mn i O. Aby móc przyjąć tę strukturę, centrum metaliczne musi mieć hybrydyzację sp3.
Ponieważ mangan nie ma par elektronów bez dzielenia się, wiązania Mn-O nie są wypychane na tę samą płaszczyznę. Podobnie ładunek ujemny jest rozdzielany między cztery atomy tlenu, odpowiadając za orientację kationów K + w układach kryształów.
Używa
Medycyna i weterynaria
Ze względu na swoje działanie bakteriobójcze stosuje się go w wielu chorobach i stanach powodujących zmiany skórne, takich jak: zakażenia stóp grzybami, liszajem, ranami powierzchownymi, zapaleniem skóry i wrzodami tropikalnymi.
Ze względu na swoje szkodliwe działanie nadmanganian potasu należy stosować w niskich stężeniach (1: 10000), co ogranicza skuteczność jego działania.
Jest również stosowany w leczeniu pasożytów rybnych w akwariach, które powodują zakażenia skrzeli i owrzodzenia skóry.
Uzdatnianie wody
Jest to regenerator chemiczny stosowany do usuwania żelaza, magnezu i siarkowodoru (z nieprzyjemnego zapachu) z wody i może być używany do oczyszczania ścieków.
Żelazo i magnez wytrącają się w postaci nierozpuszczalnych tlenków w wodzie. Ponadto pomaga usunąć rdzę obecną w rurach.
Konserwowanie owoców
Nadmanganian potasu usuwa przez utlenianie etylen wytworzony w bananie podczas jego przechowywania, pozwalając mu pozostać przez ponad 4 tygodnie bez dojrzewania, nawet w temperaturze pokojowej.
W Afryce używa się go do namaczania warzyw w celu zneutralizowania i wyeliminowania wszelkich obecnych czynników bakteryjnych.
Akcja w ogniu
Nadmanganian potasu jest stosowany w celu ograniczenia rozprzestrzeniania się pożarów. Opierając się na zdolności nadmanganianu do rozpalania ognia, jest on wykorzystywany do tworzenia przerw ogniowych w pożarach lasów.
Titulant Redox
W chemii analitycznej ich standaryzowane roztwory wodne są stosowane jako titrant utleniający w oznaczeniach redoks.
Odczynnik w syntezie organicznej
Służy do przekształcania alkenów w diole; to znaczy, dwie grupy OH są dodawane do podwójnego wiązania C = C. Następujące równanie chemiczne:
Podobnie w roztworze kwasu siarkowego z kwasem chromowym (H 2 CrO 4 ) jest on stosowany do utleniania pierwszorzędowych alkoholi (R-OH) do kwasów karboksylowych (R-COOH lub RCO 2 H).
Jego siła utleniająca jest wystarczająco silna, aby utlenić pierwszorzędowe lub drugorzędowe grupy alkilowe związków aromatycznych „karboksylujących” je; to znaczy przez przekształcenie łańcucha bocznego R (na przykład CH 3 ) w grupę COOH.
Historyczne zastosowania
Była częścią proszku używanego jako błysk w fotografii lub do rozpoczęcia reakcji termitowej.
Użyto go podczas II wojny światowej do kamuflażu białych koni w ciągu dnia. Do tego użyto dwutlenku manganu (MnO 2 ), który ma brązowy kolor; w ten sposób przeszli niezauważeni.
Jak to się robi?
Minerał pirolusytowy zawiera dwutlenek manganu (MnO 2 ) i węglan potasu (CaCO 3 ).
W 1659 roku chemik Johann R. Glauber stopił minerał i rozpuścił go w wodzie, obserwując pojawienie się zielonego zabarwienia w roztworze, które później zmieniło się na fioletowe i wreszcie na czerwone. Ten ostatni kolor odpowiadał wytwarzaniu nadmanganianu potasu.
W połowie XIX wieku Henry Condy szukał produktu antyseptycznego i początkowo traktował pirolusyt NaOH, a następnie KOH, wytwarzając tak zwane kryształy Condy; to znaczy nadmanganian potasu.
Nadmanganian potasu jest wytwarzany przemysłowo z dwutlenku manganu obecnego w mineralnym pirolusycie. Obecny w minerale MnO2 reaguje z wodorotlenkiem potasu, a następnie jest ogrzewany w obecności tlenu.
2 MnO2 + 4 KOH + O 2 => 2 K 2 MnO 4 + 2 H 2 O
Manganian potasu (K 2 MnO 4 ) przekształca się w nadmanganian potasu przez utlenianie elektrolityczne w środowisku alkalicznym.
2 K2 MnO4 + 2 H20 => 2 KMnO4 + 2 KOH + H 2
W innej reakcji wytwarzania nadmanganianu potasu, manganian potasu reaguje z CO2, przyspieszając proces dysproporcjonowania:
3 K 2 MnO 4 + 2 CO 2 => 2 KMnO 4 + MnO 2 + K 2 CO 3
Ze względu na wytwarzanie MnO 2 (dwutlenek manganu) proces jest niekorzystny, KOH musi być wytwarzany z K 2 CO 3 .
Właściwości
Jest to purpurowe krystaliczne ciało stałe, które topi się w 240 ° C, o gęstości 2, 7 g / ml i o masie cząsteczkowej około 158 g / mol.
Jest słabo rozpuszczalny w wodzie (6, 4 g / 100 ml w 20 ° C), co wskazuje, że cząsteczki wody nie solwatują jonów MnO 4 - ze względu na to, że ich tetraedryczna geometria może wymagać dużej ilości wody jego rozwiązanie W ten sam sposób można go również rozpuścić w alkoholu metylowym, acetonie, kwasie octowym i pirydynie.
Rozkład
Rozkłada się w 240 ° C, uwalniając tlen:
2KMnO4 => K2 MnO4 + MnO2 + O2
Może ulegać rozkładowi pod wpływem alkoholu i innych rozpuszczalników organicznych, a także działaniem silnych kwasów i środków redukujących.
Moc utleniająca
W tym solnym manganie wykazuje najwyższy stopień utlenienia (+7) lub to samo, co maksymalna ilość elektronów, które można utracić w sposób jonowy. Z kolei konfiguracja elektronowa manganu wynosi 3 d 54 s 2; dlatego w nadmanganianu potasu cała powłoka walencyjna atomu manganu jest „pusta”.
Zatem atom manganu ma naturalną tendencję do pozyskiwania elektronów; to znaczy, aby zostać zredukowanym do innych stanów utleniania w środowisku zasadowym lub kwaśnym. Oto wyjaśnienie, dlaczego KMnO 4 jest silnym środkiem utleniającym.
