Oksüdatsiooni-redutseerimise protsessid on elus ja eluta looduse olulisemate nähtuste aluseks: põlemine, kompleksainete lagunemine, orgaaniliste ühendite süntees. Kaaliumpermanganaat, mille omadusi meie artiklis uurime, on üks võimsamaid oksüdeerivaid aineid, mida kasutatakse labori- ja tööstustingimustes. Selle oksüdatsioonivõime sõltub aatomi oksüdatsiooniastmest, mis reaktsiooni käigus muutub. Vaatleme seda konkreetsete näidetega keemilistest protsessidest, mis toimuvad KMnO molekulide osalusel 4.
Ainele iseloomulik
Ühend, mida kaalume (kaaliumpermanganaat) on üks enim kasutatavaid aineid tööstuses – mangaaniühendid. Sool on esindatud kristallidega tavaliste tumelillade prismade kujul. See lahustub hästi vees ja moodustab vaarikavärvi lahuse, millel on suurepärased bakteritsiidsed omadused.omadused. Seetõttu on aine leidnud laialdast rakendust nii meditsiinis kui ka igapäevaelus bakteritsiidse ainena. Nagu teisedki hepvalentse mangaani ühendid, on sool võimeline oksüdeerima paljusid orgaanilisi ja anorgaanilisi ühendeid. Kaaliumpermanganaadi lagundamist kasutatakse keemialaborites väikese koguse puhta hapniku saamiseks. Ühend oksüdeerib sulfithappe sulfaadiks. Tööstuses kasutatakse KMnO4 gaasilise kloori eraldamiseks vesinikkloriidhappest. Samuti oksüdeerib see enamiku orgaanilisi aineid ja on võimeline muutma raudsoolad oma raudühenditeks.
Eksperimendid kaaliumpermanganaadiga
Aine, mida tavaliselt nimetatakse kaaliumpermanganaadiks, laguneb kuumutamisel. Reaktsiooniproduktid sisaldavad vaba hapnikku, mangaandioksiidi ja uut soola - K2MnO4. Laboris viiakse see protsess läbi puhta hapniku saamiseks. Kaaliumpermanganaadi lagunemise keemilist võrrandit saab esitada järgmiselt:
2KMnO4=K2MnO4 + MnO2 + O2.
Kuivainet, mis on lillad kristallid korrapäraste prismade kujul, kuumutatakse temperatuurini +200 °C. Mangaani katiooni, mis on osa soolast, oksüdatsiooniaste on +7. Reaktsiooniproduktides väheneb see vastav alt +6 ja +4 peale.
Etüleeni oksüdatsioon
Erinevatesse klassidesse kuuluvad gaasilised süsivesinikudorgaaniliste ühendite molekulides on süsinikuaatomite vahel nii üksik- kui ka mitu sidet. Kuidas määrata orgaanilise ühendi küllastumata olemuse aluseks olevate pi-sidemete olemasolu? Selleks viiakse läbi keemilised katsed, juhtides uuritava aine (näiteks eteeni või atsetüleeni) läbi purpurse kaaliumpermanganaadi lahuse. Täheldatakse selle värvimuutust, kuna küllastumata side hävib. Etüleenmolekul oksüdeerub ja muutub küllastumata süsivesinikust kahehüdroksüülseks küllastunud alkoholiks - etüleenglükooliks. See reaktsioon on topelt- või kolmiksidemete olemasolu korral kvalitatiivne.
KMnO4 keemiliste ilmingute tunnused
Kui reaktiivide ja reaktsioonisaaduste oksüdatsiooniastmed muutuvad, toimub oksüdatsiooni-redutseerimisreaktsioon. See põhineb elektronide liikumise nähtusel ühelt aatomilt teisele. Nagu kaaliumpermanganaadi lagunemise ja muude reaktsioonide puhul, on ainel väljendunud oksüdeeriva aine omadused. Näiteks naatriumsulfiti ja kaaliumpermanganaadi hapendatud lahuses moodustuvad naatrium-, kaalium- ja mangaansulfaadid, aga ka vesi:
5Na2SO3 + 2KMnO4 + 3H2 SO4 =2MnSO4 + 5Na2SO4 + K2SO4 + 3H20.
Sel juhul on väävliioon redutseerija ja mangaan, mis on osa kompleksanioonist MnO4-, sellel on oksüdeeriva aine omadused. See võtab vastu viis elektroni, seega muutub selle oksüdatsiooniaste vahemikus +7 kuni +2.
Keskkonna mõjukeemilise reaktsiooni vool
Sõltuv alt vesinikioonide või hüdroksüülrühmade kontsentratsioonist eristatakse lahust, milles redoksreaktsioon toimub, happelist, aluselist või neutraalset olemust. Näiteks vesinikkatioonide liigse sisalduse korral alandab mangaaniioon, mille oksüdatsiooniaste on kaaliumpermanganaadis +7, selle väärtuseni +2. Aluselises keskkonnas, hüdroksüülrühmade kõrge kontsentratsiooni korral, oksüdeerub naatriumsulfit, mis interakteerub kaaliumpermanganaadiga, sulfaadiks. Mangaaniioon oksüdatsiooniastmega +7 läheb katiooniks laenguga +6, mis on koostises K2MnO4, mille lahus on rohelist värvi. Neutraalses keskkonnas reageerivad naatriumsulfit ja kaaliumpermanganaat üksteisega ning mangaandioksiid sadestub. Mangaani katiooni oksüdatsiooniaste langeb +7-lt +4-le. Reaktsiooniproduktides leidub ka naatriumsulfaati ja leelisnaatriumhüdroksiidi.
Mangaanhappe soolade kasutamine
Tööstuses kasutatakse sageli kaaliumpermanganaadi lagunemisreaktsiooni kuumutamisel ja muid redoksprotsesse, mis hõlmavad mangaanhappe sooli. Näiteks paljude orgaaniliste ühendite oksüdeerimine, gaasilise kloori eraldumine vesinikkloriidhappest, rauasoolade muutumine kolmevalentseks. Põllumajanduses kasutatakse KMnO4 lahust seemnete ja mulla külvieelseks töötlemiseks, meditsiinis ravivad haavade pinda, desinfitseerivad ninaõõne põletikulisi limaskesti,kasutatakse isikliku hügieeni esemete desinfitseerimiseks.
Oma artiklis ei uurinud me mitte ainult üksikasjalikult kaaliumpermanganaadi lagunemisprotsessi, vaid käsitlesime ka selle oksüdeerivaid omadusi ja rakendusi igapäevaelus ja tööstuses.
