Окислительно-восстановительные реакции с перманганатом калия вокруг нас.
статья

Окислительно-восстановительные реакции с перманганатом калия вокруг нас.

Среди разнообразных процессов и явлений, протекающих в окружающем нас мире и в нашем организме, важное место занимают окислительно-восстановительные реакции. Одним из веществ этих реакций является перманганат калия.

Химическая формула: KMnO4

Внешний вид: калий марганцовокислый представляет собой калиевую соль не выделенной в свободном состоянии марганцевой кислоты HMnO4 в виде темно-фиолетовых кристаллов с металлическим блеском.

Показатель преломления σ 1,59 (при 20°C).

Водный раствор перманганата калия:

Марганцовокислый калий умеренно растворяется в воде, образуя раствор темно-малинового цвета. Не гидролизуется, медленно разлагается в растворе, особенно под действием солнечных лучей. Водный раствор KMnO4 лучше сохраняет свои свойства при хранении в темноте.

Кроме того, растворяется в ацетоне, пиридине, жидком аммиаке, метаноле, уксусной кислоте.

1.ОВР в быту.

Часто в быту мы используем ОВР даже не осознавая этого. Можно привести следующие примеры :

• Использование перманганата калия ( КMnO4)в медицине и как антисептик. Например: слабый раствор ( чуть розоватый) можно использовать для лечения отравления ЖКТ, но при этом надо следить, чтобы нерастворённый кристаллик KMnO4 не попал в ЖКТ, т.к может вызвать ожог слизистой оболочки.
• КMnO4  используют как отбеливатель тканей, бумаги и д.р.

2KMnO4+ 3H2O2 → 2MnO2 + 2KOH + 3O2↑+ 2H2O

• Т.к. КMnO4 при растворение в воде даёт К+  ( катион калия) , то его слабый раствор ( розовый) может быть использован в качестве удобрения для комнатных и садовых растений попутно обеззараживая грунт. Для обеззараживания почвы, перед высадкой рассады, в лунки вливают раствор марганцовки. Раствор довольно слабый (примерно 1,5-2 грамма на 10 литров воды).
• Обеззараживание семян перед посевом. Обычно обеззараживание семян проводят 0,5% раствором марганцовки (0,5 граммов на полстакана воды). Семена выдерживают в таком растворе недолго, 30 минут, а затем промывают в чистой воде и подсушивают. Такая обработка повышает устойчивость растений к ряду болезней.
• Раствором перманганата калия удаляют неприятные запахи и пятна с мягкой мебели и ковров.
• Водный раствор применяется также для вывода татуировок. Результат достигается с помощью химического ожога, при котором отмирают ткани, в которых содержится краситель. Этот метод мало чем отличается от простого срезания кожи, обычно он менее эффективный и неприятный, поскольку ожоги заживают гораздо дольше. Татуировки не удаляется полностью, на их месте остаются шрамы.

Противопоказаний для применения раствора перманганата калия в быту нет.

2. ОВР в лабараториях химической промышленности.

• В титриметрическом анализе

Перманганатометрией называется титриметрический метод, в котором в качестве рабочего раствора применяют KMnO4, который является сильным окислителем, особенно в кислой среде. В зависимости от среды при восстановлении KMnO4 получаются различные конечные продукты. В кислой среде ионы MnO4- восстанавливаются до бесцветных ионов .

В слабокислой, нейтральной и щелочной среде ионы MnO4- восстанавливают до соединений Mn (IV), образуя темно-коричневый осадок диоксида марганца МnO2  .

Образование темного осадка затрудняет определение конца реакции, поэтому титрование проводят в кислой среде, прибавляя большой избыток кислоты. Кроме того, окислительная активность перманганата в кислой среде гораздо выше, чем в щелочной и нейтральной. Для подкисления применяют только серную кислоту. HCl нельзя применять, т. к. она вступает в окислительно-восстановительную реакцию с KMnO4 и расходующееся на нее добавочное количество рабочего раствора искажало бы результаты титрования. Азотная кислота (HNO3), которая является окислителем, для подкисления в методах оксидиметрии не применяется.

Ионы MnO4- придают раствору KMnO4 малиновую окраску. В процессе титрования KMnO4 обесцвечивается. В момент, когда в растворе не останется восстановителя, от прибавления одной капли KMnO4 титруемая смесь приобретает розовую окраску. Таким образом, точка эквивалентности фиксируется при помощи самого же рабочего раствора и индикатор в этом методе не применяется.

Перманганатометрию чаще всего применяют для анализа солей железа (II), кальция (в виде оксалата), щавелевой кислоты, меди (I) пероксида водорода. Метод перманганатометрии можно применять для определения окислителей. В этом случае применяют обратное титрование, прибавляя и определяемому веществу заведомо избыточное точно отмеренное количество раствора восстановителя. Затем избыток восстановителя титруют раствором KMnO4.

• В химической практике как окислитель

Является сильным окислителем. В зависимости от pH 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: 2KMnO4 + 5K2SO3 + 3H2SO4 → 6K2SO4 + 2MnSO4 + 3H2O;

в нейтральной среде: 2KMnO4 + 3K2SO3 + H2O → 3K2SO4 + 2MnO2 + 2KOH;

в щелочной среде: 2KMnO4 + K2SO3 + 2KOH → K2SO4 + 2K2MnO4 + H2O;

в щелочной среде на холоде: KMnO4 + K2SO3 + KOH → K2SO4 + K3MnO4 + H2O.

Однако надо отметить, что последняя реакция (в щелочной среде) идёт по указанной схеме только при недостатке восстановителя и высокой концентрации щёлочи, которая обеспечивает замедление гидролиза манганата калия.

• В фотографиях

Сущность процесса ослабления негативов заключается в удалении с пленки излишнего серебра. Для этого используют растворы окислителей KMnO4, K2Cr2O7, (NH4)S2O8, K3[Fe(CN)6]. Например, перманганат калия (марганцовка) KMnO4 в кислой среде окисляет серебро в соответствии с уравнением

10Ag + 2KMnO4 + 8H2SO4 = 5Ag2SO4 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

Вместо черного металлического серебра получается белая соль сульфат серебра Ag2SO4. Осветленный негатив далее обрабатывают фиксажным раствором, т.е. раствором Na2S2O3, и образовавшийся осадок Ag2SO4 удаляется с пленки. Конечно, операцию ослабления нужно проводить осторожно, чтобы не снять с пленки слишком много серебра.

• В пиротехнике применяют как сильный окислитель.

Используется, но редко, так как при использовании выделяются красящие вещества.

• Щелочной раствор перманганата калия хорошо отмывает лабораторную посуду от жиров и других органических веществ.
• Применяют в качестве катализатора разложения перекиси водорода в космических жидкостно-ракетных двигателях.
• Водный раствор пермаганата калия используется для пропитки дерева, как морилки.

Для получения морилки нужно приготовить раствор из 1 литра теплой воды и 50 г марганцовки.

• В промышленном органическом синтезе: получение карбоновых кислот из парафинов, при получении мета- и парафталевых кислот из мета- и параксилолови пр.
• Для оценки качества воды по методу Кубеля: определение перманганатной окисляемости.

Перманганатная окисляемость – количество кислорода, эквивалентное количеству расходуемого окислителя- перманганата калия. Методика определения перманганатной окисляемости основана на окислении веществ, присутствующих в сточной воде, 0,01% раствором перманганата калия в сернокислой среде при кипячении.

• Щелочной раствор используется как добавка в смеси при жидкостной очистки газов.

3. Перманганат калия является прекурсором.

Перманганат калия в концентрации 45% и более, согласно «Перечню наркотических средств, психотропных веществ и их прекурсоров, подлежащих контролю в Российской Федерации» (утв. Постановлением Правительства РФ от 30.06.1998 N 681), включен в Таблицу III прекурсоров, оборот которых в Российской Федерации ограничен и в отношении которых допускается исключение некоторых мер контроля и Списка IV «Список прекурсоров, оборот которых в Российской Федерации ограничен и в отношении которых устанавливаются меры контроля в соответствии с законодательством Российской Федерации и международными договорами Российской Федерации», а также включен в Раздел I  «Перечня лекарственных средств для медицинского применения, подлежащих предметно-количественному учету» (утв. приказом Минздрава РФ от 22.04.2014 N 183н).

Из выше изложенного можно сделать вывод, что перманганат калия является незаменимым веществом как в повседневной жизни, так и в промышленности.

Список литературы

Справочник школьника по химии / Е.А. Еремина, О.Н. Рыжова; Под ред. Н.Е. Кузьменко, В.В. Еремина.- М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21 век»: ООО «Издательство « Мир и Образование», 2002.-624с.

Химия: 11 класс: профильный уровень: учебник для учащихся / А.А. Карцова, А.Н. Лёвкин.- М.: Вентана- Граф, 2013.- 384 с.

Школьный словарь химических понятий и терминов / Г.И. Штремплер.- М. : Дрофа, 2007. – 416 с.

Окислительно-восстановительные реакции : Кн. Для внеклас. Чтения учащихся 8 – 10 кл. сред. шк.- 3-е изд., перераб.- М.: Просвещение, 1989.- 141с.