Kali Permanganat (KMnO4): Cấu trúc, tính chất
Kali permanganat (KMnO 4) là một hợp chất vô cơ được hình thành bởi mangan - nhóm kim loại chuyển tiếp 7 (VIIB) -, oxy và kali. Nó là một chất rắn thủy tinh màu tím sẫm. Dung dịch nước của chúng cũng có màu tím đậm; Những dung dịch này trở nên ít màu tím hơn khi chúng được pha loãng trong một lượng nước lớn hơn.
Sau đó, KMnO 4 bắt đầu trải qua quá trình khử (tăng electron) liên tiếp các màu theo thứ tự sau: tím> xanh> xanh> vàng> không màu (với kết tủa nâu của MnO 2 ). Phản ứng này cho thấy một tính chất quan trọng của kali permanganat: nó là một tác nhân oxy hóa rất mạnh.
Công thức
Công thức hóa học của nó là KMnO 4 ; nghĩa là, với mỗi cation K + có một anion MnO 4 - tương tác với điều này
Cấu trúc hóa học
Hình trên cho thấy cấu trúc tinh thể của KMnO 4, là trực giao. Các quả cầu màu tím tương ứng với các cation K +, trong khi tứ diện được hình thành bởi bốn quả cầu đỏ và quả cầu màu xanh tương ứng với MnO 4 - anion.
Tại sao anion có hình học tứ diện? Cấu trúc Lewis của bạn trả lời câu hỏi này. Các đường chấm chấm có nghĩa là các liên kết đôi đang cộng hưởng giữa Mn và O. Để có thể áp dụng cấu trúc này, trung tâm kim loại phải có phép lai sp 3.
Do mangan thiếu các cặp electron mà không chia sẻ, liên kết Mn - O không bị đẩy về cùng một mặt phẳng. Tương tự như vậy, điện tích âm được phân phối giữa bốn nguyên tử oxy, chịu trách nhiệm định hướng các cation K + trong các sắp xếp tinh thể.
Công dụng
Y học và thú y
Do tác dụng diệt khuẩn của nó, nó được sử dụng trong nhiều bệnh và điều kiện tạo ra các tổn thương da, như: nhiễm trùng bàn chân với nấm, chốc lở, vết thương bề mặt, viêm da và loét nhiệt đới.
Do tác dụng có hại của nó, kali permanganat nên được sử dụng ở nồng độ thấp (1: 10000), làm hạn chế hiệu quả của hành động này.
Nó cũng được sử dụng trong điều trị ký sinh trùng cá trong bể cá gây nhiễm trùng mang và loét da.
Xử lý nước
Nó là một chất tái sinh hóa học được sử dụng để loại bỏ sắt, magiê và hydro sunfua (từ mùi khó chịu) khỏi nước, và có thể được sử dụng để làm sạch nước thải.
Sắt và magiê kết tủa ở dạng oxit không hòa tan trong nước. Ngoài ra, nó giúp loại bỏ rỉ sét trong đường ống.
Bảo quản trái cây
Thuốc tím được loại bỏ bằng cách oxy hóa ethylene được tạo ra trong chuối trong quá trình bảo quản, cho phép nó tồn tại hơn 4 tuần mà không bị chín, ngay cả ở nhiệt độ phòng.
Ở Châu Phi, họ sử dụng nó để ngâm rau, để trung hòa và loại bỏ bất kỳ tác nhân vi khuẩn nào hiện diện.
Hành động trên lửa
Kali permanganat được sử dụng để hạn chế sự lan rộng của đám cháy. Dựa trên khả năng bắt lửa của perm permate, nó được sử dụng để tạo ra các đám cháy trong đám cháy rừng.
Chất khử oxi hóa khử
Trong hóa học phân tích, các dung dịch nước chuẩn hóa của chúng được sử dụng làm chất chuẩn độ oxy hóa trong các phép xác định oxi hóa khử.
Thuốc thử tổng hợp hữu cơ
Nó phục vụ để chuyển đổi anken thành diols; nghĩa là, hai nhóm OH được thêm vào liên kết đôi C = C. Phương trình hóa học sau:
Tương tự như vậy, trong dung dịch axit sunfuric với axit cromic (H 2 CrO 4 ), nó được sử dụng để oxy hóa các rượu bậc nhất (R-OH) thành axit cacboxylic (R-COOH hoặc RCO 2 H).
Khả năng oxy hóa của nó đủ mạnh để oxy hóa các nhóm alkyl sơ cấp hoặc thứ cấp của các hợp chất thơm "carboxylating" chúng; nghĩa là, bằng cách chuyển đổi chuỗi bên R (ví dụ, CH 3 ) thành nhóm COOH.
Sử dụng lịch sử
Nó là một phần của bột được sử dụng làm đèn flash trong chụp ảnh hoặc để bắt đầu phản ứng nhiệt.
Nó được sử dụng trong Thế chiến II để ngụy trang cho những con ngựa trắng vào ban ngày. Đối với điều này, họ đã sử dụng mangan dioxide (MnO 2 ), có màu nâu; theo cách này họ đã không được chú ý.
Làm thế nào được thực hiện?
Khoáng vật pyrolusite chứa mangan dioxide (MnO 2 ) và kali cacbonat (CaCO 3 ).
Năm 1659, nhà hóa học Johann R. Glauber đã nấu chảy khoáng chất và hòa tan nó trong nước, quan sát sự xuất hiện của một màu xanh lục trong dung dịch, sau đó chuyển thành màu tím và cuối cùng thành màu đỏ. Màu cuối cùng này tương ứng với thế hệ kali permanganat.
Vào giữa thế kỷ XIX, Henry Condy đã tìm kiếm một sản phẩm sát trùng và ban đầu xử lý pyrolusite bằng NaOH và sau đó bằng KOH, tạo ra cái gọi là tinh thể Condy; đó là thuốc tím.
Kali permanganat được sản xuất công nghiệp từ mangan dioxide có trong khoáng chất pirolusite. MnO 2 có trong khoáng chất phản ứng với kali hydroxit và sau đó được nung nóng với sự có mặt của oxy.
2 MnO 2 + 4 KOH + O 2 => 2 K 2 MnO 4 + 2 H 2 O
Kali manganate (K 2 MnO 4 ) được chuyển thành kali permanganat bằng quá trình oxy hóa điện phân trong môi trường kiềm.
2 K 2 MnO 4 + 2 H 2 O => 2 KMnO 4 + 2 KOH + H 2
Trong một phản ứng khác để sản xuất kali permanganat, kali manganate được phản ứng với CO 2, đẩy nhanh quá trình không cân xứng:
3 K 2 MnO 4 + 2 CO 2 => 2 KMnO 4 + MnO 2 + K 2 CO 3
Do tạo ra MnO 2 (mangan dioxide) quá trình không thuận lợi, KOH phải được tạo ra từ K 2 CO 3 .
Thuộc tính
Nó là một chất rắn tinh thể màu tím nóng chảy ở 240 ° C, có mật độ 2, 7 g / mL và trọng lượng phân tử khoảng 158 g / mol.
Nó hòa tan kém trong nước (6, 4 g / 100 ml ở 20 ºC), điều này cho thấy các phân tử nước không hòa tan được các ion MnO 4, do thực tế là hình học tứ diện của chúng có thể cần rất nhiều nước giải thể của nó Theo cách tương tự, nó cũng có thể được hòa tan trong rượu methyl, acetone, axit axetic và pyridine.
Phân hủy
Nó phân hủy ở 240 ° C, giải phóng oxy:
2KMnO 4 => K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2
Nó có thể trải qua quá trình phân hủy do tác dụng của rượu và các dung môi hữu cơ khác, cũng như tác dụng của các axit mạnh và các chất khử.
Sức mạnh oxy hóa
Trong muối mangan này thể hiện trạng thái oxy hóa cao nhất của nó (+7), hoặc tương tự, với lượng electron tối đa có thể bị mất theo cách ion. Đổi lại, cấu hình điện tử của mangan là 3 d 54 s 2; do đó, trong thuốc tím, toàn bộ vỏ hóa trị của nguyên tử mangan là "rỗng".
Vì vậy, nguyên tử mangan có xu hướng tự nhiên để thu được điện tử; nghĩa là, được khử thành các trạng thái oxy hóa khác trong môi trường kiềm hoặc axit. Đây là lời giải thích tại sao KMnO 4 là một tác nhân oxy hóa mạnh mẽ.
