תהליכי חמצון-צמצום עומדים בבסיס התופעות החשובות ביותר של הטבע החי והדומם: בעירה, פירוק של חומרים מורכבים, סינתזה של תרכובות אורגניות. אשלגן פרמנגנט, שאת תכונותיו נלמד במאמר שלנו, הוא אחד מחומרי החמצון החזקים ביותר המשמשים בתנאי מעבדה ותעשייתיים. יכולת החמצון שלו תלויה במצב החמצון של האטום, המשתנה במהלך התגובה. הבה נשקול זאת על דוגמאות ספציפיות של תהליכים כימיים המתרחשים בהשתתפות מולקולות KMnO 4.
אופייני לחומר
התרכובת שאנו שוקלים (אשלגן פרמנגנט) היא אחד החומרים הנפוצים ביותר בתעשייה - תרכובות מנגן. מלח מיוצג על ידי גבישים בצורה של מנסרות סגולות כהות רגילות. הוא מתמוסס היטב במים ויוצר תמיסה בצבע פטל עם תכונות קוטל חיידקים מצוינות.מאפיינים. לכן, החומר מצא יישום נרחב הן ברפואה והן בחיי היומיום כחומר קוטל חיידקים. כמו תרכובות אחרות של מנגן שפט ערבי, מלח מסוגל לחמצן תרכובות רבות בעלות אופי אורגני ואי-אורגני. הפירוק של אשלגן פרמנגנט משמש במעבדות כימיות כדי להשיג כמויות קטנות של חמצן טהור. התרכובת מחמצנת חומצה סולפיטית לסולפט. בתעשייה, KMnO4 משמש להפקת גז כלור מחומצה הידרוכלורית. הוא גם מחמצן את רוב החומרים האורגניים ומסוגל להמיר מלחי ברזל לתרכובות הברזל שלו.
ניסויים עם פרמנגנט אשלגן
חומר המכונה בדרך כלל אשלגן פרמנגנט מתפרק בחימום. תוצרי התגובה מכילים חמצן חופשי, מנגן דו-חמצני ומלח חדש - K2MnO4. במעבדה, תהליך זה מתבצע להשגת חמצן טהור. ניתן לייצג את המשוואה הכימית לפירוק אשלגן פרמנגנט באופן הבא:
2KMnO4=K2MnO4 + MnO2 + O2.
חומר יבש, שהוא גבישים סגולים בצורת מנסרות רגילות, מחומם לטמפרטורה של +200 מעלות צלזיוס. לקטיון המנגן, שהוא חלק מהמלח, יש מצב חמצון של +7. זה יורד בתוצרי התגובה ל-+6 ו-+4, בהתאמה.
חימצון אתילן
פחמימני גז השייכים למחלקות שונותלתרכובות אורגניות יש קשרים בודדים וגם מרובים בין אטומי פחמן במולקולות שלהם. כיצד לקבוע את נוכחותם של קשרי pi העומדים בבסיס הטבע הבלתי רווי של תרכובת אורגנית? לשם כך, ניסויים כימיים מתבצעים על ידי העברת החומר הנבדק (למשל, אתן או אצטילן) דרך תמיסה סגולה של אשלגן פרמנגנט. שינוי הצבע שלו נצפה, מכיוון שהקשר הבלתי רווי נהרס. מולקולת האתילן מתחמצנת והופכת מפחמימן בלתי רווי לאלכוהול רווי דו-הידרי - אתילן גליקול. תגובה זו היא איכותית לנוכחות של קשרים כפולים או משולשים.
תכונות של ביטויים כימיים של KMnO4
אם מצבי החמצון של המגיבים ותוצרי התגובה משתנים, אזי מתרחשת תגובת חמצון-הפחתה. הוא מבוסס על תופעת תנועת האלקטרונים מאטום אחד למשנהו. כמו במקרה של פירוק פרמנגנט אשלגן, ובתגובות אחרות, החומר מפגין תכונות בולטות של חומר מחמצן. לדוגמה, בתמיסה מחומצת של נתרן סולפיט ואשלגן פרמנגנט, נוצרים נתרן, אשלגן ומנגן סולפטים וכן מים:
5Na2SO3 + 2KMnO4 + 3H2 SO4 =2MnSO4 + 5Na2SO4 + K2SO4 + 3H20.
במקרה זה, יון הגופרית הוא חומר מפחית, ומנגן, שהוא חלק מהאניון המורכב MnO4-, מציג את התכונות של חומר מחמצן. הוא מקבל חמישה אלקטרונים, כך שמצב החמצון שלו עובר מ-+7 ל-+2.
השפעת הסביבה עלזרימת תגובה כימית
בהתאם לריכוז של יוני מימן או קבוצות הידרוקסיל, מובחן אופי חומצי, בסיסי או ניטרלי של התמיסה שבה מתרחשת תגובת החיזור. לדוגמה, עם עודף תכולה של קטיוני מימן, יון מנגן עם מצב חמצון של +7 באשלגן פרמנגנט מוריד אותו ל-+2. בסביבה בסיסית, בריכוז גבוה של קבוצות הידרוקסיל, נתרן סולפיט, באינטראקציה עם אשלגן פרמנגנט, מתחמצן לסולפט. יון מנגן עם מצב חמצון של +7 נכנס לקטיון עם מטען של +6, שהוא בהרכב של K2MnO4, שלתמיסתו יש צבע ירוק. בסביבה ניטרלית, נתרן סולפיט ואשלגן פרמנגנט מגיבים זה עם זה, ומנגן דו חמצני משקע. מצב החמצון של קטיון המנגן יורד מ-+7 ל-+4. נתרן סולפט ואלקלי - נתרן הידרוקסיד נמצאים גם בתוצרי התגובה.
שימוש במלחים של חומצת מנגן
תגובה של פירוק אשלגן פרמנגנט בחימום ותהליכי חיזור אחרים הכוללים מלחים של חומצת מנגן משמשים לעתים קרובות בתעשייה. לדוגמה, חמצון של תרכובות אורגניות רבות, שחרור כלור גזי מחומצה הידרוכלורית, הפיכת מלחי ברזל לתלת-ערכיים. בחקלאות משתמשים בתמיסה של KMnO4 לטיפול לפני זריעה של זרעים ואדמה, ברפואה מטפלים בשטח הפצעים, מחטאים ריריות דלקתיות של חלל האף,משמש לחיטוי פריטי היגיינה אישית.
במאמר שלנו, לא רק חקרנו בפירוט את תהליך הפירוק של אשלגן פרמנגנט, אלא גם שקלנו את תכונות החמצון והיישומים שלו בחיי היומיום ובתעשייה.
