ПЕРМАНГАНАТ КАЛИЯ. KMnO 4 – перманганат калия, кристаллогидратов не образует. Темно-фиолетовые кристаллы, плотность 2,703 г/см 3 . Растворимость в воде – умеренная (6,36 г/100 г воды при 20° С, 12,5 г/100 г воды при 40° С, 25 г/100 г воды при 65° С), не гидролизуется, медленно разлагается в растворе.
Сильный окислитель в растворе и при спекании. Реагирует с типичными восстановителями (этанолом, водородом и др.). Концентрированные растворы перманганата калия окрашены в интенсивно-фиолетовый цвет, а разбавленные – в розовый.
Перманганаты – соли не выделенной в свободном состоянии марганцовой кислоты HMnO 4 , существующей только в водных растворах. Перманганаты известны для щелочных и щелочноземельных металлов, аммония, серебра и алюминия. Все они образуют фиолетово-черные кристаллы, растворимые в воде. Наиболее растворим среди них перманганат бария Ba(MnO 4) 2 , а наименее растворим перманганат цезия CsMnO 4 .
При нагревании все перманганаты разлагаются, выделяя кислород и превращаясь в манганаты и диоксид марганца, например:
2KMnO 4 = K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2
Перманганат-ион – сильный окислитель, но его окислительная способность ослабевает с уменьшением кислотности раствора. Под действием восстановителей в щелочной среде MnO 4 - восстанавливается до манганат-иона MnO 4 2- :
MnO 4 - + e - = MnO 4 2- ,
В нейтральной, слабокислой и слабощелочной среде MnO 4 - переходит в диоксид марганца MnO 2:
MnO 4 - + 2H 2 O + 3e - = MnO 2 + 4OH -
В кислотной среде перманганат-ион превращается в аквакатион 2+ :
MnO 4 - + 8H 3 O + + 5e - = 2+ + 4H 2 O
Разбавленные водные растворы перманганата калия неустойчивы, они разлагаются (особенно быстро под действием солнечных лучей) с образованием бурого осадка диоксида марганца и выделением кислорода:
4KMnO 4 + 2H 2 O = 4KOH + 4MnO 2 Ї + 3O 2
Особенно быстро раствор KMnO 4 портится в присутствии восстановителей, органических веществ, которые всегда есть в воздухе. Этиловый спирт C 2 H 5 OH: так реагирует с пермантганатом калия
2KMnO 4 + 3C 2 H 5 OH = 2KOH + 2MnO 2 Ї + 3CH 3 CHO + 2H 2 O
В подкисленном растворе вместо MnO 2 образуются бесцветные катионы Mn 2+ . Например, в присутствии серной кислоты взаимодействие перманганата калия с таким общепризнанным восстановителем, как сульфит натрия, дает сульфат марганца и сульфат натрия, а также сульфат калия и воду:
2KMnO 4 + 5Na 2 SO 3 + 3H 2 SO 4 = 2MnSO 4 + 5Na 2 SO 4 + K 2 SO 4 + 3H 2 O
Точно такая же реакция, но проведенная в сильнощелочной среде, дает манганатные анионы MnO 4 2- зеленого цвета:
2KMnO 4 + Na 2 SO 3 + 2KOH = 2K 2 MnO 4 + Na 2 SO 4 + H 2 O
Химики прошлого прозвали перманганат калия «хамелеоном». Его способность полностью реагировать с многими восстановителями находит применение в широко распространенном методе объемного химического анализа – перманганатометрии. Этим методом можно напрямую определить содержание железа(II), сурьмы(III), марганца(II), ванадия(IV), вольфрама(V), урана(IV), таллия(I), хрома(III), пероксида водорода, щавелевой кислоты и ее солей, арсенитов, гидразина и ряда органических веществ. Обратным перманганатометрическим титрованием определяют восстановители, реагирующие с KMnO 4 медленно – иодиды, цианиды, фосфиты и др. Первооткрывателем этого удивительного вещества был шведский химик и аптекарь Карл-Вильгельм Шееле. Шееле сплавлял «черную магнезию» – минерал пиролюзит (природный диоксид марганца), с поташом – карбонатом калия и селитрой – нитратом калия. При этом получались перманганат калия, нитрит калия и диоксид углерода:
2MnO 2 + 3KNO 3 + K 2 CO 3 = 2KMnO 4 + 3KNO 2 + CO 2
Окислительные свойства перманганата калия, которые связаны с высокой степенью окисления марганца в этом соединении (+VII), дают возможность использовать его в лечебных целях – для уничтожения всякой инфекции, для «прижигания» и «подсушивания» кожи и слизистых оболочек.
В медицине применяют водные растворы перманганата калия различной концентрации. Для полосканий и промывания желудка при отравлениях берут 0,1%-ные растворы (бледно-розового цвета), для промывания ран - 0,5%-ные (розовые), а для обработки язв и ожогов - 5%-ные (фиолетовые).
Перманганат калия, попадая на кожу, разлагается с выделением бурого осадка диоксида марганца MnO 2 . В зависимости от концентрации раствора, а значит, – от количества осадка, диоксид марганца оказывает вяжущее либо прижигающее действие.
Перманганат калия, разлагаясь, выделяет активный кислород, а это ярый враг микробов и неприятных запахов. Зачастую кислород выделяется (и мгновенно расходуется в реакциях окисления), не успевая образовывать газовые пузырьки. Это позволяет врачам вводить растворы KMnO 4 в глубокие раны при очень опасной анаэробной (возникающей без доступа воздуха) инфекции.
Полоскания розовым раствором марганцовки рекомендуются при ангинах и стоматитах – воспалении миндалин, слизистой оболочки рта и десен. Таким же раствором промывают глаза при конъюнктивитах. Перманганат калия помогает при пищевых отравлениях: его бледно-розовым раствором промывают желудок или просто выпивают стакан такого раствора натощак.
Растворами перманганата калия обрабатывают ожоги. Помогает марганцовка и при змеином укусе. Если нет специальной сыворотки, точно по месту укуса врачи шприцем вводят раствор KMnO 4 .
Все мамы и бабушки знают, что ванна с бледно-розовым раствором марганцовки поможет подсушить нежную кожу грудного младенца. Надо только помнить о мерах предосторожности, а они просты: в приготовленную для купания воду надо вносить обязательно раствор KMnO 4 , но ни в коем случае не кристаллы марганцовки – иначе возможен химический ожог.
Твердый перманганат калия и его крепкие растворы могут быть опасны, поэтому хранить его следует в местах, недоступных малышам, а обращаться с осторожностью.
При отравлении концентрированным раствором этого вещества возникает ожог рта, пищевода и желудка. Врачи-травматологи рассказывают, что такие отравления нет-нет, да и случаются – когда рассеянный человек принимает раствор марганцовки за крепко заваренный чай. В этом случае надо немедленно промыть желудок теплой водой с добавлением активированного угля. Можно использовать и раствор, содержащий в двух литрах воды полстакана слабого раствора перекиси водорода и один стакан столового уксуса. В этом случае перманганат-ионы переходят в менее опасные катионы марганца(II):
2KMnO 4 + 5H 2 O 2 + 6CH 3 COOH = 2Mn(CH 3 COO) 2 + 5O 2 + 2CH 3 COOK + 8H 2 O
Перманганат калия, служит для отбеливания тканей (при низких концентрациях он не теряет окислительных свойств!), его добавляют в растворы для жидкостной газоочистки от таких опасных примесей как сероводород или фосфин. Химикам хорошо известен метод химического анализа – перманганатометрия (главное действующее лицо здесь тот же перманганат калия), а те, кто углубленно занимается фотографией, знакомы с применением перманганата калия как компонент ослабляющих (снижающих плотность фотоизображения на пленке) растворов. Кроме того, это хороший окислитель органических веществ (с помощью KMnO4 получают из парафинов карбоновые кислоты.
Людмила Аликберова
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Перманганат калия (калиевая соль марганцовой кислоты) в твердом виде представляет собой кристаллы темно-фиолетового цвета (почти черные призмы), которые умеренно растворимы в воде (рис. 1).
Раствор KMnO 4 имеет темно-малиновый цвет, а при большой концентрации - фиолетовый цвет, свойственный перманганат ионам (MnO 4 —).
Рис. 1. Кристаллы перманганата калия. Внешний вид.
Химическая формула перманганата калия
Химическая формула перманганата калия - KMnO 4 . Она показывает, что в составе молекулы этого сложного вещества находится один атома калия (Ar = 39 а.е.м.), один атом марганца (Ar = 55 а.е.м.)и четыре атома кислорода (Ar = 16 а.е.м.). По химической формуле можно вычислить молекулярную массу перманганата калия:
Mr(KMnO 4) = Ar(K) + Ar(Mn) + 4×Ar(O);
Mr(KMnO 4) = 39 + 55 + 4×16 = 39 + 55 +64 =158
Структурная (графическая) формула перманганата калия
Более наглядной является структурная (графическая) формула перманганата калия . Она показывает то, как связаны атомы между собой внутри молекулы. Структурная формула перманганата калия имеет вид:
Перманганат калия представляет собой среднюю соль марганцовой кислоты, которая способна диссоциировать на ионы в водном растворе согласно следующему уравнению:
KMnO 4 ↔ K + + MnO 4 —
В этой связи для перманганата калия также можно указать и ионную формулу :
Примеры решения задач
ПРИМЕР 1
| Задание | Вычислите, какой объём кислорода (н.у.) выделится при разложении 237 г перманганата калия? |
| Решение | Запишем уравнение разложения перманганата калия:
2KMnO 4 = K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2 Вычислим количество вещества перманганата калия по формуле: n(KMnO 4)= m (KMnO 4)/ M(KMnO 4) Для этого необходимо указать молярную массу перманганата калия(значение относительной атомной массы, взятое из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округлим до целого числа). Как известно, молярная масса молекулы равна сумме относительных атомных масс атомов, входящих в состав молекулы (M = Mr): M(KMnO 4) = Ar(K) + Ar(Mn) + 4×Ar(O) = 39 + 55 + 4×16 = 94 + 64 = 158 г/моль Тогда, количество вещества перманганата калия будет равно: n(KMnO 4)= 237/ 158 = 1,5 моль Согласно уравнению реакции n(O 2) : n(KMnO 4) = 1: 2, значит: n(O 2) = 1/2 × n(KMnO 4) = ½ × 1,5 = 0,75 моль Найдем молярную массу молекулярного кислорода (допущение, указанное при расчете молярной массы кислорода действительно и в данном случае): M(O 2) = 2×Ar(O) = 2×16 = 32 г/моль Определим объем выделившегося кислорода: V (O 2) = n (O 2) × V m ; V (O 2) = 0,75× 22,4 = 16,8л |
| Ответ | Объем кислорода равен 16,8 л |
ПРИМЕР 2
| Задание | Установите массовую формулу вещества, содержащего 33,3% натрия, 20,3% азота и 46,4% кислорода. |
| Решение | Массовая доля элемента Х в молекуле состава НХ рассчитывается по следующей формуле:
ω (Х) = n × Ar (X) / M (HX) × 100% Обозначим количество моль элементов, входящих в состав соединения за «х» (натрий), «у» (азот) и «z» (кислород). Тогда, мольное отношение будет выглядеть следующим образом (значения относительных атомных масс, взятых из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округлим до целых чисел): x:y:z = ω(Na)/Ar(Na) :ω(N)/Ar(N) : ω(O)/Ar(O); x:y:z= 33,3/23: 20,3/14: 46,4/16; x:y:z= 1,45: 1,45:2,9 = 1: 1: 2 Значит формула соединения натрия, азота и кислорода будет иметь вид NaNO 2 . Это нитрит натрия. |
| Ответ | NaNO 2 |
Состав марганцовки
В новом видеоуроке химии профессор Дмитрий Иванович расскажет о составе марганцовки (перманганата калия). Марганцовка или перманганат калия (КМnO4) используется в медицине, ветеринарии. Это вещество — одно из самых известных соединений металла, известного под названием марганца.
Как видно из формулы, состав марганцовки включает в себя калий, марганец и кислород. С виду марганцовка ничем не примечательна, — это тёмно-фиолетовое кристаллическое вещество, кристаллы которого имеют металлический блеск. Она хорошо растворима в воде и представляет собой сильный окислитель. Нагревание заставляет марганцовку разлагаться, высвобождая связанный кислород. Этим пользуются химики, если нужно получить чистый кислород.
Состав марганцовки делает её хорошим антисептическим средством. Контактируя с органикой перманганат калия начинает выделять атомарный кислород. При этом образуется окись марганца. Поэтому марганцовку используют при лечении ран. Состав марганцовки таков, что при её взаимодействии с некоторыми химическими веществами может произойти взрыв. Поэтому не следует смешивать это вещество с углём, танином или сахаром.
Получение
Химическое или электрохимическое окисление соединений марганца, диспропорционирование калия. Например:
2MnO 2 +3 Cl 2 + 8KOH → 2KMnO 4 + 6KCl + 4H 2 O
2K 2 MnO 4 + Cl 2 → 2KMnO 4 + 2KCl
3K 2 MnO 4 +2H 2 O → 2KMnO 4 + MnO 2 + 4KOH
2K 2 MnO 4 + 2H 2 O → 2KMnO 4 +H 2 + 2KOH
Последняя реакция происходит при электролизе концентрированного раствора манганата калия и эндотермична, она является основным промышленным способом получения перманганата калия.
Физические свойства
Растворяется в воде (см. таблицу), жидком , (2:100), .
Термодинамические свойства
Химические свойства
Сильный окислитель. Стандартные окислительно-восстановительные потенциалы приведены в таблице.
В зависимости от раствора окисляет различные вещества, восстанавливаясь до соединений марганца разной степени окисления. В кислой среде - до соединений марганца(II), в нейтральной - до соединений марганца(IV), в сильно щелочной - до соединений марганца(VI). Примеры реакций приведены ниже (на примере взаимодействия с сульфитом калия:
в кислой среде: 2KMnO 4 + 5K 2 SO 3 + 3H 2 SO 4 → 6K 2 SO 4 + 2MnSO 4 + 3H 2 O
в нейтральной среде: 2KMnO 4 + 3K 2 SO 3 + H 2 O → 3K 2 SO 4 + 2MnO 2 + 2KOH
в щелочной среде: 2KMnO 4 + K 2 SO 3 + 2KOH → K 2 SO 4 + 2K 2 MnO 4 + H 2 O
Однако надо отметить, что в последняя реакция (в щелочной среде) идёт по указаной схеме только при недостатке восстановителя и высокой концентрации щёлочи, которая обеспечивает замедление гидролиза манганата калия.
При соприкосновении с концентрированной перманганат калия взрывается, однако при аккуратном соединении с холодной кислотой реагирует с образованием неустойчивого оксида марганца(VII):
2KMnO 4 + 2H 2 SO 4 → 2KHSO 4 + Mn 2 O 7 + H 2 O,
при этом в качестве промежуточного продукта может образовываться интересное соединение - оксосульфат марганца MnO 3 HSO 4 . По реакции с фторидом йода(V) можно получить аналогичный оксофторид:
KMnO 4 + IF 5 → KF + IOF 3 + MnO 3 F
При нагревании разлагается с выделением
(IV список прекурсоров ПККН).
Распространена название в быту - "марганцовка". Его продажа запрещена в украинских аптеках.
1. Физические свойства
1.1. Термодинамические свойства
2. Химические свойства
| Окисленных форма | Восстановленная форма | Среда | E 0, В |
|---|---|---|---|
| MnO - 4 | MnO 2 - 4 | OH - | +0,56 |
| MnO - 4 | H 2 MnO 4 | H + | +1,22 |
| MnO - 4 | MnO 2 | H + | +1,69 |
| MnO - 4 | MnO 2 | OH - | +0,60 |
| MnO - 4 | Mn 2 + | H + | +1,51 |
Является сильным окислителем. В зависимости от раствора окисляет различные вещества, восстанавливаясь до соединений марганца разной степени окисления. В кислой среде - до соединений марганца (II), в нейтральной - до соединений марганца (IV), в сильно щелочной - до соединений марганца (VI). Примеры реакций приведены ниже (на примере взаимодействия с сульфитом калия:
- В кислой среде: 2KMnO 4 + 5K 2 SO 3 + 3H 2 SO 4 → 6K 2 SO 4 + 2MnSO 4 + 3H 2 O;
- в нейтральной среде: 2KMnO 4 + 3K 2 SO 3 + H 2 O → 3K 2 SO 4 + 2MnO 2 + 2KOH;
- в щелочной
среде: 2KMnO 4 + K 2 SO 3 + 2KOH → K 2 SO 4 + 2K 2 MnO 4 + H 2 O;
- в щелочной среде: на холоде: KMnO 4 + K 2 SO 3 + KOH → K 2 SO 4 + K 3 MnO 4 + H 2 O.
Однако надо отметить, что последняя реакция (в щелочной среде) протекает по указанной схеме только при недостатке восстановления и высокой концентрации щелочи , который обеспечивает замедление гидролиза манганата калия.
Слева направо (водные растворы): Co (NO 3) 2 (красный) K 2 Cr 2 O 7 (оранжевый) K 2 CrO 4 (желтый) NiCl 2 (бирюзовый) CuSO 4 (голубой) KMnO 4 (фиолетовый).
При соприкосновении с концентрированной серной кислотой перманганат калия взрывается, однако при аккуратном соединении с холодной кислотой реагирует с образованием неустойчивого оксида марганца (VII):
2KMnO 4 + 2H 2 SO 4 → 2KHSO 4 + Mn 2 O 7 + H 2 O,
при этом в качестве промежуточного продукта может образовываться интересное сочетание - оксосульфат марганца MnO 3 HSO 4. По реакции с фторидом йода (V) можно получить аналогичный оксофторид:
KMnO 4 + IF 5 → + IOF 3 + MnO 3 F
При нагревании разлагается с выделением Кислород (этим способом пользуются в лаборатории для получения чистого кислорода). Схему реакции упрощенно можно представить уравнением:
2KMnO 4 → (t) K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2
На самом деле реакция протекает сложнее, например, при не очень сильном нагревании ее можно приблизительно описать уравнением:
5KMnO 4 → (t) K 2 MnO 4 + K 3 MnO 4 + 3MnO 2 + 3O 2
Реагирует с солями двухвалентного марганца, например:
2KMnO 4 + 3MnSO 4 + 2H 2 O → 5MnO 2 + K 2 SO 4 + 2H 2 SO 4
Эта реакция в принципе обратная дисмутации K 2 MnO 4 на MnO 2 и KMnO 4.
- Водные растворы перманганата калия термодинамически нестабильны, но кинетически довольно устойчивы. Их сохранность резко повышается при хранении в темноте.
3. Применение
Применение этой соли часто основано на высокой окислительной способности перманганат-иона, что обеспечивает антисептическое действие.
3.1. Медицинское применение
Разбавленные растворы (около 0,1%) перманганата калия нашли широчайшее применение в медицине как антисептическое средство, для полоскания горла, промывания ран, обработки ожогов . Как рвотное средство для приема внутрь при некоторых отравлениях используют разбавленный раствор.
3.1.1. Фармакологическое действие
3.1.2. Показания
Смазывание язвенных и ожоговых поверхностей - инфицированные раны, язвы и ожоги кожи. Полоскание полости рта и ротоглотки - при инфекционно-воспалительных заболеваниях слизистой оболочки полости рта и ротоглотки (в том числе при ангинах). Для промывания и спринцевания при гинекологических и урологических заболеваниях - кольпиты и уретриты. Для промываний - желудка при отравлениях, вызванных приемом внутрь алкалоидов (морфин , аконитин, никотин), синильной кислотой , фосфором , хинином ; кожи - при попадании на нее анилина ; глаз - при поражении их ядовитыми насекомыми .
3.1.3. Противопоказания
Гиперчувствительность.
3.1.4. Побочные действия
Аллергические реакции, при использовании концентрированных растворов - ожоги и раздражение. Передозировка. Симптомы: резкая боль в полости рта, по ходу пищевода, в животе, рвота , диарея ; слизистая оболочка полости рта и глотки - отечная, темно-коричневого, фиолетового цвета, возможен отек гортани, развитие механической асфиксии, ожогового шока, двигательного возбуждения, судорог, явлений паркинсонизма, геморрагического колита, нефропатии, гепатопатии. При пониженной кислотности желудочного сока возможно развитие метгемоглобинемии с выраженным цианозом и одышкой. Смертельная доза для детей - около 3 г, для взрослых - 0.3-0.5 г / кг.
Лечение: метиленовый синий (50 мл 1% раствора), аскорбиновая кислота (в / в - 30 мл 5% раствора), цианокобаламин - до 1 мг, пиридоксин (в / м - 3 мл 5% раствора).
3.1.5. Способ применения и дозы
Наружно, в водных растворах для промывания ран (0.1-0.5%), для полоскания рта и горла (0.01-0.1%), для смазывания язвенных и ожоговых поверхностей (2-5%), для спринцевания (0.02-0.1%) в гинекологической и урологической практике, а также промывания желудка при отравлениях.