Калиев перманганат (KMnO4): структура, свойства

Калиев перманганат ( KMnO 4) е неорганично съединение, образувано от групата на манган - преходни метали 7 (VIIB), кислород и калий. Това е тъмно пурпурно твърдо тяло. Водните им разтвори също са тъмно пурпурни; Тези разтвори стават по-малко виолетови, тъй като се разреждат в по-големи количества вода.

След това KMnO 4 започва да претърпява редукции (увеличаване на електроните) в последователност от цветове в следния ред: пурпурен> син> зелен> жълт> безцветен (с кафява утайка от MnO 2 ). Тази реакция показва важно свойство на калиев перманганат: той е много силен окислител.

формула

Химичната му формула е KMnO 4 ; това означава, че за всеки K + катион има взаимодействащ с това MnO 4 анион

Химическа структура

Горното изображение показва кристалната структура на KMnO 4, която е орторомбична. Лилавите сфери съответстват на K + катионите, докато тетраедърът, образуван от четирите червени сфери и синята сфера, съответстват на MnO 4 - аниона.

Защо анионът има тетраедрична геометрия? Вашата структура на Луис отговаря на този въпрос. Точковите линии означават, че двойните връзки резонират между Mn и О. За да може да се приеме тази структура, металическият център трябва да има sp 3 хибридизация.

Тъй като на мангана липсват двойки електрони без споделяне, връзките Mn-O не се изтласкват в една и съща равнина. По същия начин, отрицателният заряд се разпределя между четирите кислородни атома, като е отговорен за ориентацията на K + катионите в кристалните структури.

приложения

Медицина и ветеринария

Поради бактерицидното си действие се използва при многобройни заболявания и състояния, които предизвикват кожни лезии, като: инфекции на краката с гъбички, импетиго, повърхностни рани, дерматит и тропически язви.

Поради вредното си действие, калиев перманганат трябва да се използва при ниски концентрации (1: 10000), което ограничава ефективността на неговото действие.

Използва се също за лечение на рибни паразити в аквариуми, които причиняват хрилни инфекции и кожни язви.

Пречистване на вода

Това е химически регенератор, използван за премахване на желязо, магнезий и сероводород (от неприятна миризма) от вода и може да се използва за пречистване на отпадъчните води.

Утайката от желязо и магнезий под формата на техните неразтворими оксиди във вода. Освен това, той помага за отстраняване на ръждата в тръбите.

Съхранение на плодове

Калиев перманганат премахва чрез окисление етилена, генериран в банана по време на неговото съхранение, позволявайки му да остане за повече от 4 седмици без зреене, дори при стайна температура.

В Африка го използват за накисване на зеленчуци, за да неутрализират и премахнат всички налични бактериални агенти.

Действие на огън

Калиев перманганат се използва за ограничаване разпространението на пожари. Въз основа на способността на перманганата да започне огъня, той се използва за създаване на пожари в горските пожари.

Редокс

В аналитичната химия техните стандартизирани водни разтвори се използват като окислител-титрант в редокси-определянето.

Реагент в органичен синтез

Служи за преобразуване на алкени в диоли; това означава, че две ОН групи са добавени към двойната връзка С = С. Следното химическо уравнение:

Също така, в разтвор на сярна киселина с хромова киселина (Н2-СрО 4 ) се използва за окисление на първичните алкохоли (R-OH) до карбоксилни киселини (R-COOH или RCO2H).

Неговата окислителна способност е достатъчно силна, за да окисли първичните или вторичните алкилови групи на ароматните съединения, които ги "карбоксилират"; т.е. чрез трансформиране на страничната верига R (например, СН3) в група СООН.

Исторически приложения

Той беше част от праха, използван като светкавица във фотографията или за започване на термитната реакция.

Той е бил използван през Втората световна война за прикриване на бели коне през деня. За целта са използвали манганов диоксид (MnO 2 ), който е с кафяв цвят; по този начин те остават незабелязани.

Как се прави?

Пиролузитният минерал съдържа манганов диоксид (MnO 2 ) и калиев карбонат (CaCO 3 ).

През 1659 г. химикът Йохан Р. Глаубер разтопява минерала и го разтваря във вода, наблюдавайки появата на зелено оцветяване в разтвора, което по-късно се променя на виолетово и накрая на червено. Последният цвят съответства на генерирането на калиев перманганат.

В средата на деветнадесети век Хенри Конди търсел антисептичен продукт и първоначално обработил пиролузита с NaOH, а след това с КОН, произвеждайки така наречените кристали Конди; калиев перманганат.

Калиев перманганат се произвежда промишлено от манганов диоксид, наличен в минералния пиролузит. МнО 2, присъстващ в минерала, реагира с калиев хидроксид и след това се нагрява в присъствието на кислород.

2 MnO 2 + 4 KOH + O 2 => 2 K 2 MnO 4 + 2 H 2 O

Калиев манганат (K 2 MnO 4 ) се превръща в калиев перманганат чрез електролитно окисляване в алкална среда.

2 K 2 MnO 4 + 2 H 2 O => 2 KMnO 4 + 2 KOH + H 2

При друга реакция за получаване на калиев перманганат, калиевият манганат реагира с CO 2, ускорявайки процеса на диспропорциониране:

3 K 2 MnO 4 + 2 CO 2 => 2 KMnO 4 + MnO 2 + K 2 CO 3

Поради генерирането на MnO 2 (манганов диоксид) процесът е неблагоприятен, KOH трябва да се генерира от K2CO3.

свойства

Това е пурпурно кристално твърдо вещество, което се топи при 240 ° С, което има плътност от 2, 7 g / ml и молекулно тегло от 158 g / mol приблизително.

Тя е слабо разтворима във вода (6.4 g / 100 ml при 20 ° C), което показва, че водните молекули не разтварят MnO 4 - йони поради факта, че техните тетраедрични геометрии могат да изискват много вода, неговото разтваряне По същия начин, той може също да бъде разтворен в метилов алкохол, ацетон, оцетна киселина и пиридин.

разлагане

Разлага се при 240 ° С, освобождавайки кислород:

2KMnO 4 => K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2

Той може да претърпи разлагане чрез действието на алкохол и други органични разтворители, както и от действието на силни киселини и редуциращи агенти.

Оксидираща сила

В тази сол манганът проявява най-високото си състояние на оксидация (+7), или това, което е същото, на максималното количество електрони, които могат да бъдат загубени по йонен начин. На свой ред електронната конфигурация на мангана е 3 d 54 s 2; следователно, в калиевия перманганат цялата валентна обвивка на мангановия атом е "празна".

Така, мангановият атом има естествена тенденция да придобива електрони; т.е. да се редуцира до други окислителни състояния в алкални или кисели среди. Това обяснява защо KMnO 4 е мощен окислител.