Калиум перманганат

Калиум перманганат — неорганско соединение со хемиска формула KMnO<sub>4</sub>. Тоа е виолетово-црна кристална сол, која се раствора во вода како K<sup>+</sup> и и дава интензивно розов до виолетов раствор.
Калиум перманганатот е широко користен во хемиската индустрија и лаборатории како силен оксидирачки агенс, а исто така како лек за дерматитис, за чистење рании и општа дезинфекција. Се наоѓа на Списокот на есенцијални лекови на Светската здравствена организација. Во 2000 година, светското производство било проценето на 30.000 тони.
1 Својства
Калиум перманганат е калиумова сол на тетраедарскиот оксо комплекс на преоден метал перманганат, во кој четири лиганди се врзани за манган(VII) центар.
1.1 Структруа
формира орторомбни кристали со константи: ''a'' = 910,5 pm, ''b'' = 572,0 pm, ''c'' = 742,5 pm. Целокупниот мотив е сличен на оној за бариум сулфат, со кој формира цврст раствор. Во цврстота форма (како во раствор), секој центар е тетраедар. Растојанијата Mn–O се 1,62 Å.
1.2 Боја
Виолетово-црната боја на цврстиот калиум перманганат, и интензивната розовата до виолетова боја на неговите раствори, е предизвикана од неговиот перманганат анјон, кој ја добива својата боја од силната апсорпциона лента за пренос на полнење, предизвикан со побудување на електрони од орбитали на оксо лиганди до празни орбитали на центарот на манган (VII).
2 Употреба
Калиум перманганатот најчесто се користи поради неговите оксидирачки својства. Како силен оксиданс кој не генерира токсични нуспроизводи, KMnO<sub>4</sub> има многу намени.
2.1 Употреба во медицината
Калиум перманганат се користи за голем број заболувања на кожата. Ова вклучува габични инфекции на стапалото, импетиго, пемфигус, површни рани, дерматитис и тропски улкус. Се наоѓа на Список на есенцијални лекови на Светската здравствена организација.
2.2 Третман на вода
Калиум перманганатот се користи интензивно во индустријата за третман на вода. Се користи како хемикалија за регенерација за отстранување на железо и водород сулфид (мирис на расипани јајца) од бунарска вода преку филтер „манган зелен песок“. „Пот-Перм“ може да се набави и во продавниците за базени и опрема за базени и дополнително се користи за третман на отпадни води. Историски се користел за дезинфекција на водата за пиење и може да ја претвори водата розова. Денес наоѓа примена во контролата на вознемирувачките организми како што се зебра школки во системите за собирање и третман на свежа вода.
2.3 Синтеза на органски соединенија
Главната примена на KMnO<sub>4</sub> е како реагенс за синтеза на органски соединенија. Потребни се значителни количини за синтеза на аскорбинска киселина, хлорамфеникол, сахарин, изоникотинска киселина и пиразиноинска киселина.
KMnO<sub>4</sub> се користи во квалитативна органска анализа за тестирање за присуство на незаситеност. Понекогаш се нарекува „Баеров реагенс“ по германскиот органски хемичар Адолф фон Баер. Реагенсот е алкален раствор на калиум перманганат. Реакцијата со двојни или тројни врски (-C=C- или -C≡C-) предизвикува бојата да бледне од виолетово-розова во кафена. Алдехиди и мравја киселина (и формати) исто така даваат позитивен тест. Овој тест е застарен.
Растворот на KMnO<sub>4</sub> е вообичаена дамка кај TLC хроматографијата за откривање на оксидирачки функционални групи, како што се алкохоли, алдехиди, алкени и кетони. Таквите соединенија резултираат со бела до портокалова дамка на TLC плочите.
2.4 Аналитичка употреба
Калиум перманганатот може да се користи за квантитативно одредување на вкупниот оксидирачки органски материјал во воден примерок. Утврдената вредност е позната како „перманганатен индекс“. Во аналитичката хемија, стандардизиран воден раствор на KMnO<sub>4</sub> понекогаш се користи како оксидирачки титрант за редокс титрацијас (перманганометрија). Како што се титрира калиум перманганатот, растворот добива светла виолетова нијанса, која потемнува кога вишокот на титрант се додава во растворот. На сличен начин, се користи како реагенс за одредување на Капа број на дрвена. пулпа. За стандардизација на растворите на KMnO<sub>4</sub>, често се користи редукција со оксална киселина. Во земјоделската хемија, се користи за проценка на активниот јаглерод во почви.
Водени, кисели раствори на KMnO<sub>4</sub> се користат за собирање на гас од жива во димните гасови за време на тестирање на емисиите на стационарни извори.
Во хистологија, калиум перманганат се користел како средство за белење.
2.5 Конзервирање на овошје
Абсорбентите од етилен го продолжуваат времето на складирање на бананите дури и при високи температури. Овој ефект може да се искористи со пакување на бананите во полиетилен заедно со калиум перманганат. Со отстранување на етилен со оксидација, перманганатот го одложува зреењето, зголемувајќи го рокот на траење на овошјето до 4 недели без потреба од ладење.
2.6 Китови за преживување
Калиум перманганат понекогаш е вклучен во комплетите за преживување: како хиперголичен стартер за оган (кога се меша со глицерол и антифриз од радијаторот на автомобилот; како стерилизатор на вода; и за создавање сигнали за помош во снег).
2.7 Друга употреба
Калиум перманганатот е една од главните хемикалии што се користат во филмската и телевизиската индустрија за „стареење“ на реквизитите и поставувањето на преливи. Неговата подготвена конверзија во кафеав MnO<sub>2</sub> создава „стогодишен“ или „древен“ изглед на хесијанска ткаенина (бурлапа), јажиња, дрва и стакло.
Калиум перманганат може да се користи за оксидација на кокаинската паста за да се прочисти и да се зголеми неговата стабилност. Ова довело до Администрација за спроведување на дрога да ја започне операцијата Виолетова во 2000 година, со цел да се следи светската понуда на калиум перманганат; сепак, поради оваа операција се зголемила употребата на дериватите и замените на калиум перманганат.
Калиум пермангат се користи како оксидирачки агенс во синтезата на кокаин и меткатинон.
3 Историја
Во 1659 година, Јохан Рудолф Глаубер споил мешавина од минералот пиролузит (манган диоксид, MnO<sub>2</sub>) и калиум карбонат за да се добие материјал кој, кога ќе се раствори во вода, дава зелен раствор (калиум манганат) кој полека се префрла во виолетов, а потоа конечно во црвен. Реакцијата која ги произвела промените на бојата што Глаубер ги забележа во неговиот раствор на калиум перманганат и калиум манганат (K<sub>2</sub>MnO<sub>4</sub>) денес е познат под името "хемиски камелеон". Овој извештај го претставува првиот опис на производството на калиум перманганат. Нешто помалку од 200 години подоцна, лондонскиот хемичар Хенри Болман Конди имал интерес за средствата за дезинфекција; тој открил дека соединувањето на пиролузит со натриум хидроксид (NaOH) и растворање во вода произведува раствор со својства за дезинфекција. Тој го патентирал ова решение и го пласирал на пазарот како 'Condy's Fluid'. Иако ефикасно, решението не било многу стабилно. Ова било надминато со користење на калиум хидроксид (KOH) наместо NaOH. Ова било постабилно и имало предност во лесната конверзија во подеднакво ефективни кристали на калиум перманганат. Овој кристален материјал бил познат како „Кондиови кристали“ или „Прашок на Конди“. Калиум перманганатот бил релативно лесен за производство, па Конди последователно бил принуден да помине значително време во судски спор за да ги спречи конкурентите да продаваат слични производи.
Раните фотографи го користеле како компонента на флеш прав. Сега е заменет со други оксиданти, поради нестабилноста на мешавините на перманганат.
4 Подготовка
Калиум перманганатот се произведува индустриски од манган диоксид, кој исто така се јавува како минерал пиролузит. Во 2000 година, светското производство било проценето на 30.000 тони. MnO<sub>2</sub> реагира со калиум хидроксид и се загрева во воздух или со друг извор на кислород, како калиум нитрат или калиум хлорат. Овој процес резултира со добивање на калиум манганат:
:2 MnO<sub>2</sub> + 4 KOH + O<sub>2</sub> → 2 K<sub>2</sub>MnO<sub>4</sub> + 2 H<sub>2</sub>O
(Со натриум хидроксид, крајниот производ не е натриум манганат туку соединение Mn(V), што е една од причините зошто калиум перманганат почесто се користи од натриум перманганат. Понатаму, калиумовата сол подобро се кристализира.)
Калиум манганат потоа се претвора во перманганат со електролитичка оксидација во алкални медиуми:
:2 K<sub>2</sub>MnO<sub>4</sub> + 2 H<sub>2</sub>O → 2 KMnO<sub>4</sub> + 2 KOH + H<sub>2</sub>
4.1 Други методи
Иако нема комерцијално значење, калиум манганат може да се оксидира со хлор или со диспропорција под кисели услови. Реакцијата на оксидација на хлор е:
:2 K<sub>2</sub>MnO<sub>4</sub> + Cl<sub>2</sub> → 2 KMnO<sub>4</sub> + 2 KCl
а киселата индуцирана реакција на диспропорција може да се напише како:
:3 K<sub>2</sub>MnO<sub>4</sub> + 4 HCl → 2 KMnO<sub>4</sub> + MnO<sub>2</sub> + 2 H<sub>2</sub>O + 4 KCl
Слаба киселина како што е јаглеродна киселина е доволна за оваа реакција:
:3 K<sub>2</sub>MnO<sub>4</sub> + 2 CO<sub>2</sub> → 2 KMnO<sub>4</sub> + 2 K<sub>2</sub>CO<sub>3</sub> + MnO<sub>2</sub>
Перманганатните соли може да се генерираат и со третирање на раствор од Mn<sup>2+</sup> јони со силни оксиданти како што се олово диоксид (PbO<sub>2</sub>), натриум бизмутат (NaBiO<sub>3</sub>), или пероксидисулфат. Тестовите за присуство на манган ја искористуваат виолетова боја на перманганатот произведена од овие реагенси.
5 Реакции
5.1 Органска хемија
Разредените раствори на KMnO<sub>4</sub> ги претвораат алкените во диоли. Ова однесување се користи и како квалитативен тест за присуство на двојни или тројни врски во молекулата, бидејќи реакцијата го обезбојува првично пурпурниот раствор на перманганат и генерира кафеав талог (MnO<sub>2</sub>). Во овој контекст, понекогаш се нарекува „Баеров реагенс“. Сепак, бромот служи подобро во мерењето на незаситеноста (двојни или тројни врски) квантитативно, бидејќи KMnO<sub>4</sub>, како многу силен оксидирачки агенс, може да реагира со различни групи.
Во кисели услови, алкенската двојна врска се кине за да се добие соодветната карбоксилна киселина:: CH<sub>3</sub>(CH<sub>2</sub>)<sub>17</sub>CH=CH<sub>2</sub> + 2 KMnO<sub>4</sub> + 3 H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> → CH<sub>3</sub>(CH<sub>2</sub>)<sub>17</sub>COOH + CO<sub>2</sub> + 4 H<sub>2</sub>O + K<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> + 2 MnSO<sub>4</sub>
Калиум перманганатот ги оксидира алдехидите во карбоксилни киселини, илустрирано со конверзија на ''n''-хептанал во хептаноична киселина::5 C<sub>6</sub>H<sub>13</sub>CHO + 2 KMnO<sub>4</sub> + 3 H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> → 5 C<sub>6</sub>H<sub>13</sub>COOH + 3 H<sub>2</sub>O + K<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> + 2 MnSO<sub>4</sub>
Дури и алкилната група (со бензилен водород) на ароматичен прстен се оксидира, на пр. толуен до бензоева киселина.:5 C<sub>6</sub>H<sub>5</sub>CH<sub>3</sub> + 6 KMnO<sub>4</sub> + 9 H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> → 5 C<sub>6</sub>H<sub>5</sub>COOH + 14 H<sub>2</sub>O + 3 K<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> + 6 MnSO<sub>4</sub>
Гликолите и полиолите се многу реактивни кон KMnO<sub>4</sub>. На пример, додавањето на калиум перманганат во воден раствор од шеќер и натриум хидроксид предизвикува реакција хемиски камелеон, што вклучува драматични промени во бојата поврзани со различните оксидациски состојби на манган. Поврзана енергична реакција се користи како пожар во комплетите за преживување. На пример, мешавина од калиум перманганат и глицерол или прашкаста гликоза лесно се запали. Неговите стерилизирачки својства се уште една причина за вклучување на KMnO<sub>4</sub> во комплетот за преживување.
5.2 Јонска размена
Третирањето на мешавина од воден калиум перманганат со кватернарна амониумова сол резултира со јонска размена, таложејќи ја кватерната сол на перманганатот. Растворите на овие соли понекогаш се растворливи во органски растворувачи::
Слично на тоа, додавањето на цикличен етер исто така дава липофилна сол.
5.3 Реакции со бази и киселини
Перманганатот реагира со концентрирана хлороводородна киселина и дава хлор и манган (II):
:
Во неутрален раствор, перманганатот полека се редуцира до манган диоксид (MnO<sub>2</sub>). Ова е растворот што ја обојува кожата при ракување со KMnO<sub>4</sub>.
KMnO<sub>4</sub> го редуцира растворот на алкали за да добие зелен K<sub>2</sub>MnO<sub>4</sub>::
Оваа реакција ја илустрира релативно ретката улога на хидроксидот како редукционен агенс.
Со додавање на концентрирана сулфурна киселина во калиум перманганат се добива Mn<sub>2</sub>O<sub>7</sub>. Иако не може да се забележи никаква реакција, пареата над смесата ќе ја запали хартијата импрегнирана со алкохол. Калиум перманганат и сулфурна киселина реагираат за да произведат малку озон, кој има висока оксидирачка моќ и брзо го оксидира алкохолот, предизвикувајќи негово согорување. Бидејќи реакцијата произведува и експлозивен Mn<sub>2</sub>O<sub>7</sub>, ова треба да се направи само со голема претпазливост.
5.4 Tермичко распаѓање
Цврстиот калиум перманганат се распаѓа при загрева:
: 2 KMnO<sub>4</sub> → K<sub>2</sub>MnO<sub>4</sub> + MnO<sub>2</sub>(s) + O<sub>2</sub>
6 Безбедност и ракување
Калиум перманганат има ризици како оксидатор. Контактот со кожата ќе резултира со долготрајна кафена дамка.
7 Дополнителни информации
***