Oxidačně-redukční procesy jsou základem nejdůležitějších jevů živé i neživé přírody: spalování, rozklad komplexních látek, syntéza organických sloučenin. Manganistan draselný, jehož vlastnosti budeme studovat v našem článku, je jedním z nejsilnějších oxidačních činidel používaných v laboratorních a průmyslových podmínkách. Jeho oxidační schopnost závisí na oxidačním stavu atomu, který se v průběhu reakce mění. Uvažujme to na konkrétních příkladech chemických procesů probíhajících za účasti molekul KMnO 4.
Charakteristika látky
Sloučenina, o které uvažujeme (manganistan draselný), je jednou z nejpoužívanějších látek v průmyslu – sloučeniny manganu. Sůl je zastoupena krystaly v podobě pravidelných tmavě fialových hranolů. Dobře se rozpouští ve vodě a tvoří malinově zbarvený roztok s vynikajícími baktericidními vlastnostmi.vlastnosti. Látka proto našla široké uplatnění jak v medicíně, tak v každodenním životě jako baktericidní činidlo. Stejně jako jiné sloučeniny sedmimocného manganu je sůl schopna oxidovat mnoho sloučenin organické i anorganické povahy. Rozklad manganistanu draselného se využívá v chemických laboratořích k získání malých objemů čistého kyslíku. Sloučenina oxiduje siřičitanovou kyselinu na síran. V průmyslu se KMnO4 používá k extrakci plynného chloru z kyseliny chlorovodíkové. Oxiduje také většinu organických látek a je schopen přeměnit železité soli na své železité sloučeniny.
Experimenty s manganistanem draselným
Látka běžně nazývaná manganistan draselný se při zahřívání rozkládá. Produkty reakce obsahují volný kyslík, oxid manganičitý a novou sůl - K2MnO4. V laboratoři se tento proces provádí za účelem získání čistého kyslíku. Chemickou rovnici pro rozklad manganistanu draselného lze znázornit takto:
2KMnO4=K2MnO4 + MnO2 + O2.
Sušina, což jsou fialové krystaly ve formě pravidelných hranolů, se zahřeje na teplotu +200 °C. Kationt manganu, který je součástí soli, má oxidační stav +7. V reakčních produktech klesá na +6 a +4.
Oxidace ethylenu
Plynové uhlovodíky patřící do různých třídorganické sloučeniny mají ve svých molekulách jednoduché i vícenásobné vazby mezi atomy uhlíku. Jak určit přítomnost pí vazeb, které jsou základem nenasycené povahy organické sloučeniny? Za tímto účelem se provádějí chemické experimenty tak, že se zkoušená látka (například ethen nebo acetylen) nechá projít purpurovým roztokem manganistanu draselného. Je pozorováno jeho odbarvení, protože nenasycená vazba je zničena. Molekula ethylenu se oxiduje a přechází z nenasyceného uhlovodíku na dvojsytný nasycený alkohol - ethylenglykol. Tato reakce je kvalitativní pro přítomnost dvojných nebo trojných vazeb.
Vlastnosti chemických projevů KMnO4
Pokud se změní oxidační stavy reaktantů a reakčních produktů, dojde k oxidačně-redukční reakci. Je založen na jevu pohybu elektronů z jednoho atomu na druhý. Stejně jako v případě rozkladu manganistanu draselného a v jiných reakcích látka vykazuje výrazné vlastnosti oxidačního činidla. Například v okyseleném roztoku siřičitanu sodného a manganistanu draselného se tvoří síran sodný, draselný a manganatý a také voda:
5Na2SO3 + 2KMnO4 + 3H2 SO4 =2MnSO4 + 5Na2SO4 + K2SO4 + 3H20.
V tomto případě je iont síry redukčním činidlem a mangan, který je součástí komplexního aniontu MnO4-, vykazuje vlastnosti oxidačního činidla. Přijímá pět elektronů, takže jeho oxidační stav se pohybuje od +7 do +2.
Vliv prostředí natok chemické reakce
V závislosti na koncentraci vodíkových iontů nebo hydroxylových skupin se rozlišuje kyselá, alkalická nebo neutrální povaha roztoku, ve kterém probíhá redoxní reakce. Například při nadměrném obsahu vodíkových kationtů jej iont manganu s oxidačním stavem +7 v manganistanu draselném snižuje na +2. V alkalickém prostředí, při vysoké koncentraci hydroxylových skupin, se siřičitan sodný, interagující s manganistanem draselným, oxiduje na síran. Iont manganu s oxidačním stavem +7 přechází na kation s nábojem +6, který je ve složení K2MnO4, jehož roztok má zelenou barvu. V neutrálním prostředí spolu reagují siřičitan sodný a manganistan draselný a vysráží se oxid manganičitý. Oxidační stav kationtu manganu klesá z +7 na +4. V reakčních produktech se také nachází síran sodný a alkálie - hydroxid sodný.
Použití solí kyseliny manganité
Reakce rozkladu manganistanu draselného při zahřívání a další redoxní procesy zahrnující soli kyseliny manganité se v průmyslu často používají. Například oxidace mnoha organických sloučenin, uvolňování plynného chlóru z kyseliny chlorovodíkové, přeměna železnatých solí na trojmocné. V zemědělství se roztok KMnO4 používá k předseťovému ošetření semen a půdy, v lékařství ošetřují povrch ran, dezinfikují zanícené sliznice nosní dutiny,používá se k dezinfekci osobních hygienických potřeb.
V našem článku jsme nejen podrobně studovali proces rozkladu manganistanu draselného, ale také jsme zvážili jeho oxidační vlastnosti a aplikace v každodenním životě a průmyslu.
