Перманганат калия чистое вещество или смесь

Перманганат калия

Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа). Перманганат калия — это неорганическое соединение с химической формулой KMnO 4, состоящее из K + и MnO. —
4 . Это пурпурно-черная кристаллическая соль, которая растворяется в воде с образованием ярко-розовых или пурпурных растворов. Перманганат калия широко используется в химической промышленности и лабораториях как сильный окислитель, а также как лекарство от дерматита, для очистки ран и общей дезинфекции. Он включен в Примерный список основных лекарственных средств ВОЗ, наиболее безопасных и эффективных лекарственных средств, необходимых в системе здравоохранения. [5] В 2000 году мировое производство оценивалось в 30 000 тонн. [5]

Содержание

Использует [ редактировать ]

Почти все применения перманганата калия используют его окислительные свойства. [6] Как сильный окислитель, не образующий токсичных побочных продуктов, KMnO 4 находит множество нишевых применений. [ необходима цитата ]

Медицинское использование [ править ]

Очистка воды [ править ]

Перманганат калия широко используется в промышленности по очистке воды. Он используется в качестве регенерирующего химического вещества для удаления железа и сероводорода (запах тухлых яиц) из колодезной воды через фильтр «Марганцевый зеленый песок». «Пот-Пермь» также продается в магазинах бассейнового инвентаря и используется дополнительно для очистки сточных вод. Исторически он использовался для дезинфекции питьевой воды [9] [10] и может сделать воду розовой. [11] В настоящее время он находит применение для борьбы с вредными организмами, такими как мидии зебры, в системах сбора и очистки пресной воды. [12]

Синтез органических соединений [ править ]

Основное применение KMnO 4 — это реагент для синтеза органических соединений. [13] Для синтеза аскорбиновой кислоты, хлорамфеникола, сахарина, изоникотиновой кислоты и пиразиноевой кислоты требуются значительные количества. [6] KMnO 4 используется в качественном органическом анализе для проверки наличия ненасыщенности. Его иногда называют Реактивом Байера в честь немецкого химика-органика Адольфа фон Байера. Реагент — щелочной раствор перманганата калия. Реакция с двойными или тройными связями (-C = C — или — C≡C-) вызывает изменение цвета от пурпурно-розового до коричневого. Альдегиды и муравьиная кислота (и формиаты ) также дают положительный результат. [14] Тест устарел.

Аналитическое использование [ править ]

Перманганат калия можно использовать для количественного определения общего окисляемого органического материала в водной пробе. Определенное значение известно как значение перманганата. В аналитической химии стандартизированный водный раствор KMnO 4 иногда используется в качестве окислительного титранта для окислительно-восстановительного титрования ( перманганометрия ). При титровании перманганата калия раствор приобретает светлый оттенок пурпурного цвета, который темнеет по мере добавления в раствор избытка титранта. Похожим образом его используют в качестве реагента для определения числа Каппа древесной массы. Для стандартизации KMnO 4 растворов часто применяется восстановление щавелевой кислотой. [15] Водные кислые растворы KMnO 4 используются для сбора газообразной ртути в дымовых газах во время испытаний выбросов из стационарных источников. [16] В гистологии перманганат калия использовался как отбеливающий агент. [17] [18]

Сохранение фруктов [ править ]

Поглотители этилена продлевают срок хранения бананов даже при высоких температурах. Этот эффект можно использовать, упаковывая бананы в полиэтилен вместе с перманганатом калия. Удаляя этилен путем окисления, перманганат задерживает созревание, увеличивая срок хранения фруктов до 4 недель без необходимости охлаждения. [19] [20] [21]

Наборы для выживания [ править ]

Перманганат калия иногда включается в наборы для выживания: как средство для разжигания огня (при смешивании с глицериновым антифризом из автомобильного радиатора; [22] [23] [24] в качестве стерилизатора воды — и для подачи сигналов бедствия на снегу. [25])

Пожарная служба [ править ]

Перманганат калия добавляется в «дозаторы пластиковых сфер» для создания обратных вспышек, выгорания и контролируемых ожогов. Полимерные сферы, напоминающие шары для пинг-понга, содержащие небольшое количество перманганата, впрыскиваются этиленгликолем и проецируются в область, где желательно воспламенение, где они самовоспламеняются через несколько секунд. [26] [27] Используются как портативные [27], так и вертолетные [26] или устанавливаемые на лодке [27] диспенсеры пластиковых сфер.

Другое использование [ править ]

Перманганат калия является одним из основных химических веществ, используемых в кино — и телеиндустрии для «состаривания» реквизита и декораций. Его готовое преобразование в коричневый MnO 2 создает «столетний» или «старинный» вид на гессенской ткани (мешковине), веревках, дереве и стекле. [28] Перманганат калия можно использовать для окисления кокаиновой пасты, чтобы очистить ее и повысить ее стабильность. Это привело к тому, что в 2000 году Управление по борьбе с наркотиками начало операцию «Пурпур» с целью мониторинга мировых поставок перманганата калия; однако вскоре после этого стали использовать производные перманганата калия и их заменители, чтобы избежать операции. [29] В агрохимии он используется для оценки доступного азота в почве. [ необходима цитата ]

История [ править ]

В 1659 году Иоганн Рудольф Глаубер сплавлял смесь минерального пиролюзита (диоксид марганца, MnO 2 ) и карбоната калия, чтобы получить материал, который при растворении в воде давал зеленый раствор ( манганат калия ), который медленно становился фиолетовым, а затем окончательно красный. [30] Этот отчет представляет собой первое описание производства перманганата калия. [31] Чуть менее 200 лет спустя лондонский химик Генри Боллманн Конди заинтересовался дезинфицирующими средствами; он обнаружил, что сплавление пиролюзита с гидроксидом натрия (NaOH) и растворение его в воде дает раствор с дезинфицирующими свойствами. Он запатентовал это решение и продал его как «жидкость Конди». Несмотря на эффективность, решение было не очень стабильным. Это было преодолено за счет использования гидроксида калия (КОН), а не NaOH. Он был более стабильным и имел то преимущество, что легко превращался в столь же эффективные кристаллы перманганата калия. Этот кристаллический материал был известен как «кристаллы Конди» или «порошок Конди». Перманганат калия было сравнительно легко производить, поэтому Конди впоследствии был вынужден потратить значительное время на судебные разбирательства, чтобы помешать конкурентам продавать аналогичные продукты. [32] Ранние фотографы использовали его как компонент порошковой вспышки. Теперь его заменяют другими окислителями из-за нестабильности перманганатных смесей.

Подготовка [ править ]

Перманганат калия производится промышленным способом из диоксида марганца, который также встречается в виде минерального пиролюзита. В 2000 году мировое производство оценивалось в 30 000 тонн. [6] MnO 2 плавится с гидроксидом калия и нагревается на воздухе или с другим источником кислорода, таким как нитрат калия или хлорат калия. [6] Этот процесс дает манганат калия : (В случае гидроксида натрия конечным продуктом является не манганат натрия, а соединение Mn (V), что является одной из причин, по которой перманганат калия используется чаще, чем перманганат натрия. Кроме того, соль калия кристаллизуется лучше. [6] ) Затем манганат калия превращается в перманганат путем электролитического окисления в щелочной среде:

Другие методы [ править ]

Хотя манганат калия не имеет коммерческого значения, он может быть окислен хлором или диспропорционированием в кислых условиях. [33] Реакция окисления хлора А реакция диспропорционирования, вызванная кислотой, может быть записана как 3 K 2 MnO 4 + 4 HCl → 2 KMnO 4 + MnO 2 + 2 H 2 O + 4 KCl Для этой реакции достаточно слабой кислоты, например угольной : Перманганатные соли также могут быть получены обработкой раствора ионов Mn 2+ сильными окислителями, такими как диоксид свинца (PbO 2 ), висмутат натрия (NaBiO 3 ) или пероксидисульфат. В тестах на присутствие марганца используется яркий фиолетовый цвет перманганата, производимого этими реагентами.

Структура [ править ]

KMnO 4 образует ромбические кристаллы с константами: a = 910,5 пм, b = 572,0 пм, c = 742,5 пм. Общий мотив аналогичен таковому для сульфата бария, с которым он образует твердые растворы. [34] В твердом (как в растворе), каждый из MnO 4 — центры являются четырехгранными. Расстояния Mn – O составляют 1,62 Å. [35]

Реакции [ править ]

Органическая химия [ править ]

Разбавленные растворы KMnO 4 превращают алкены в диолы (гликоли). Это поведение также используется в качестве качественного теста на наличие двойных или тройных связей в молекуле, поскольку реакция обесцвечивает первоначально фиолетовый раствор перманганата и генерирует коричневый осадок (MnO 2 ). В этом контексте его иногда называют реактивом Байера. Однако бром лучше подходит для количественного измерения ненасыщенности (двойные или тройные связи), поскольку KMnO 4 , будучи очень сильным окислителем, может реагировать с множеством групп. В кислых условиях двойная связь алкена расщепляется с образованием соответствующей карбоновой кислоты : [36] Перманганат калия окисляет альдегиды до карбоновых кислот, например, при превращении н — гептаналя в гептановую кислоту: [37] Даже алкильная группа (с бензильным водородом) в ароматическом кольце окисляется, например, толуол до бензойной кислоты. [38] Гликоли и полиолы обладают высокой реакционной способностью по отношению к KMnO 4 . Например, добавление перманганата калия к водному раствору сахара и гидроксида натрия вызывает химическую реакцию хамелеона, которая включает резкие изменения цвета, связанные с различными степенями окисления марганца. Связанная с этим энергичная реакция используется в качестве разжигания огня в наборах для выживания. Например, смесь перманганата калия и глицерина или измельченной глюкозы легко воспламеняется. [22] Его стерилизующие свойства — еще одна причина для включения KMnO 4 в набор для выживания. Сам по себе перманганат калия не растворяется во многих органических растворителях. Если органический раствор перманганата желательно, «фиолетовый бензол» , могут быть получены либо путем обработки двухфазной смеси водного раствора перманганата калия и бензола с солью четвертичного аммония, [39] или путем секвестрации катион калия с краун — эфиром. [40]

Реакция с кислотами [ править ]

Реакция перманганата с концентрированной соляной кислотой дает хлор. Mn-содержащие продукты окислительно-восстановительных реакций зависят от pH. Кислые растворы перманганата восстанавливаются до бледно-розового иона марганца (II) (Mn 2+ ) и воды. В нейтральном растворе перманганат восстанавливается только тремя электронами с образованием диоксида марганца (MnO 2 ), в котором марганец находится в степени окисления +4. Это материал, который окрашивает кожу при обращении с KMnO 4 . KMnO 4 самопроизвольно восстанавливается в щелочной среде. раствор зеленого K 2 MnO 4 , в котором марганец находится в степени окисления +6. При добавлении концентрированной серной кислоты к перманганату калия происходит любопытная реакция. Концентрированная серная кислота реагирует с KMnO 4 с образованием Mn 2 O 7 , который может быть взрывоопасным. [41] Хотя никакой реакции может не быть, пар над смесью воспламенит бумагу, пропитанную спиртом. Перманганат калия и серная кислота реагируют с образованием озона, который обладает высокой окислительной способностью и быстро окисляет спирт, вызывая его возгорание. Поскольку в реакции также образуется взрывоопасный Mn 2 O 7 , это следует предпринимать только с большой осторожностью. [42] [43]

Термическое разложение [ править ]

Твердый перманганат калия при нагревании разлагается: Здесь степень окисления марганца изменяется, поскольку перманганат калия (степень окисления +7) разлагается до манганата калия (степень окисления +6) и диоксида марганца (степень окисления +4). Также выделяется газообразный кислород.

Безопасность и обращение [ править ]

Перманганат калия представляет опасность как окислитель. [44] Контакт с кожей приведет к образованию стойкого коричневого пятна. [45]