Oksidācijas-reducēšanās procesi ir pamatā svarīgākajām dzīvās un nedzīvās dabas parādībām: sadegšana, sarežģītu vielu sadalīšanās, organisko savienojumu sintēze. Kālija permanganāts, kura īpašības mēs pētīsim mūsu rakstā, ir viens no spēcīgākajiem oksidētājiem, ko izmanto laboratorijas un rūpnieciskos apstākļos. Tā oksidēšanas spēja ir atkarīga no atoma oksidācijas stāvokļa, kas mainās reakcijas gaitā. Apsvērsim to ar konkrētiem ķīmisko procesu piemēriem, kas notiek, piedaloties KMnO molekulām 4.
Viela raksturīgs
Savienojums, kuru apsveram (kālija permanganāts) ir viena no rūpniecībā visplašāk izmantotajām vielām - mangāna savienojumi. Sāli attēlo kristāli regulāru tumši purpursarkanu prizmu veidā. Tas labi šķīst ūdenī un veido aveņu krāsas šķīdumu ar izcilām baktericīdām īpašībām.īpašības. Tāpēc viela ir atradusi plašu pielietojumu gan medicīnā, gan ikdienas dzīvē kā baktericīds līdzeklis. Tāpat kā citi hepvalentā mangāna savienojumi, sāls spēj oksidēt daudzus organiskas un neorganiskas dabas savienojumus. Kālija permanganāta sadalīšanos izmanto ķīmiskajās laboratorijās, lai iegūtu nelielu daudzumu tīra skābekļa. Savienojums oksidē sulfītskābi par sulfātu. Rūpniecībā KMnO4 izmanto hlora gāzes iegūšanai no sālsskābes. Tas arī oksidē lielāko daļu organisko vielu un spēj pārvērst dzelzs sāļus savos dzelzs savienojumos.
Eksperimenti ar kālija permanganātu
Viela, ko parasti sauc par kālija permanganātu, karsējot sadalās. Reakcijas produkti satur brīvo skābekli, mangāna dioksīdu un jaunu sāli - K2MnO4. Laboratorijā šo procesu veic, lai iegūtu tīru skābekli. Kālija permanganāta sadalīšanās ķīmisko vienādojumu var attēlot šādi:
2KMnO4=K2MnO4 + MnO2 + O2.
Sausne, kas ir purpursarkani kristāli regulāru prizmu veidā, tiek uzkarsēta līdz +200 °C temperatūrai. Mangāna katjonam, kas ir daļa no sāls, oksidācijas pakāpe ir +7. Reakcijas produktos tas samazinās attiecīgi līdz +6 un +4.
Etilēna oksidēšana
Gāzes ogļūdeņraži, kas pieder pie dažādām klasēmorganisko savienojumu molekulās ir gan viena, gan vairākas saites starp oglekļa atomiem. Kā noteikt pi saišu klātbūtni, kas ir organiskā savienojuma nepiesātinātības pamatā? Šim nolūkam veic ķīmiskos eksperimentus, pārbaudāmo vielu (piemēram, etēnu vai acetilēnu) izlaižot caur purpursarkanu kālija permanganāta šķīdumu. Tiek novērota tā krāsas maiņa, jo nepiesātinātā saite tiek iznīcināta. Etilēna molekula tiek oksidēta un no nepiesātināta ogļūdeņraža pārvēršas par divvērtīgu piesātinātu spirtu - etilēnglikolu. Šī reakcija ir kvalitatīva dubulto vai trīskāršo saišu klātbūtnei.
KMnO4 ķīmisko izpausmju pazīmes
Ja mainās reaģentu un reakcijas produktu oksidācijas pakāpes, tad notiek oksidēšanās-reducēšanās reakcija. Tas ir balstīts uz elektronu kustības fenomenu no viena atoma uz otru. Tāpat kā kālija permanganāta sadalīšanās gadījumā un citās reakcijās, vielai ir izteiktas oksidētāja īpašības. Piemēram, paskābinātā nātrija sulfīta un kālija permanganāta šķīdumā veidojas nātrija, kālija un mangāna sulfāti, kā arī ūdens:
5Na2SO3 + 2KMnO4 + 3H2 SO4 =2MnSO4 + 5Na2SO4 + K2SO4 + 3H20.
Šajā gadījumā sēra jons ir reducētājs un mangāns, kas ir daļa no kompleksā anjona MnO4-, piemīt oksidētāja īpašības. Tas pieņem piecus elektronus, tāpēc tā oksidācijas pakāpe ir no +7 līdz +2.
Vides ietekme uzķīmiskās reakcijas plūsma
Atkarībā no ūdeņraža jonu vai hidroksilgrupu koncentrācijas šķīdumam, kurā notiek redoksreakcija, izšķir skābu, sārmainu vai neitrālu raksturu. Piemēram, ar pārmērīgu ūdeņraža katjonu saturu mangāna jons ar oksidācijas pakāpi +7 kālija permanganātā pazemina to līdz +2. Sārmainā vidē ar augstu hidroksilgrupu koncentrāciju nātrija sulfīts, mijiedarbojoties ar kālija permanganātu, tiek oksidēts līdz sulfātam. Mangāna jons ar oksidācijas pakāpi +7 nonāk katjonā ar lādiņu +6, kas ir K2MnO4 sastāvā., kura šķīdumam ir zaļa krāsa. Neitrālā vidē nātrija sulfīts un kālija permanganāts reaģē viens ar otru, un mangāna dioksīds izgulsnējas. Mangāna katjona oksidācijas pakāpe samazinās no +7 līdz +4. Reakcijas produktos ir arī nātrija sulfāts un sārma-nātrija hidroksīds.
Mangānskābes sāļu izmantošana
Rūpniecībā bieži izmanto kālija permanganāta sadalīšanās reakciju karsēšanas laikā un citus redoksprocesus, kuros iesaistīti mangānskābes sāļi. Piemēram, daudzu organisko savienojumu oksidēšana, gāzveida hlora izdalīšanās no sālsskābes, dzelzs sāļu pārvēršana trīsvērtīgos. Lauksaimniecībā KMnO4 šķīdumu izmanto sēklu un augsnes pirmssējas apstrādei, medicīnā apstrādā brūču virsmu, dezinficē iekaisušās deguna dobuma gļotādas,izmanto, lai dezinficētu personīgās higiēnas priekšmetus.
Mūsu rakstā mēs ne tikai detalizēti pētījām kālija permanganāta sadalīšanās procesu, bet arī apskatījām tā oksidējošās īpašības un pielietojumu ikdienas dzīvē un rūpniecībā.
