Օքսիդացման-վերականգնման գործընթացների հիմքում ընկած են կենդանի և անշունչ բնության կարևորագույն երևույթները՝ այրումը, բարդ նյութերի քայքայումը, օրգանական միացությունների սինթեզը։ Կալիումի պերմանգանատը, որի հատկությունները մենք կուսումնասիրենք մեր հոդվածում, լաբորատոր և արդյունաբերական պայմաններում օգտագործվող ամենահզոր օքսիդացնող նյութերից մեկն է: Նրա օքսիդացման ունակությունը կախված է ատոմի օքսիդացման վիճակից, որը փոխվում է ռեակցիայի ընթացքում։ Դիտարկենք սա KMnO մոլեկուլների մասնակցությամբ տեղի ունեցող քիմիական պրոցեսների կոնկրետ օրինակների վրա 4.
Նյութի բնութագիրը
Մեր դիտարկած միացությունը (կալիումի պերմանգանատ) արդյունաբերության մեջ ամենաշատ օգտագործվող նյութերից է՝ մանգանի միացությունները։ Աղը ներկայացված է բյուրեղներով՝ սովորական մուգ մանուշակագույն պրիզմաների տեսքով։ Այն լավ լուծվում է ջրի մեջ և ձևավորում է ազնվամորու գույնի լուծույթ՝ հիանալի մանրէասպան հատկությամբ։բնութագրերը. Ուստի նյութը լայն կիրառություն է գտել ինչպես բժշկության մեջ, այնպես էլ առօրյա կյանքում՝ որպես մանրէասպան միջոց։ Ինչպես հեթավալենտ մանգանի մյուս միացությունները, աղն ունակ է օքսիդացնել օրգանական և անօրգանական բնույթի բազմաթիվ միացություններ։ Կալիումի պերմանգանատի տարրալուծումն օգտագործվում է քիմիական լաբորատորիաներում՝ փոքր ծավալներով մաքուր թթվածին ստանալու համար։ Միացությունը սուլֆիտաթթուն օքսիդացնում է սուլֆատի։ Արդյունաբերության մեջ KMnO4 օգտագործվում է աղաթթվից քլոր գազ հանելու համար։ Այն նաև օքսիդացնում է օրգանական նյութերի մեծ մասը և ունակ է երկաթի աղերը վերածելու իր երկաթի միացությունների:
Փորձեր կալիումի պերմանգանատի հետ
Մի նյութ, որը սովորաբար կոչվում է կալիումի պերմանգանատ, քայքայվում է, երբ տաքանում է: Ռեակցիայի արտադրանքը պարունակում է ազատ թթվածին, մանգանի երկօքսիդ և նոր աղ՝ K2MnO4: Լաբորատորիայում այս գործընթացն իրականացվում է մաքուր թթվածին ստանալու համար։ Կալիումի պերմանգանատի տարրալուծման քիմիական հավասարումը կարող է ներկայացվել հետևյալ կերպ՝
2KMnO4=K2MnO4 + MnO2 + O2.
Չոր նյութը, որը սովորական պրիզմաների տեսքով մանուշակագույն բյուրեղներ է, տաքացվում է +200 °C ջերմաստիճանում։ Մանգանի կատիոնը, որը աղի մի մասն է, ունի +7 օքսիդացման աստիճան։ Այն նվազում է ռեակցիայի արտադրանքներում համապատասխանաբար մինչև +6 և +4:
էթիլենի օքսիդացում
Գազային ածխաջրածիններ, որոնք պատկանում են տարբեր դասերիօրգանական միացություններն իրենց մոլեկուլներում ունեն և՛ մեկ, և՛ բազմակի կապեր ածխածնի ատոմների միջև: Ինչպե՞ս որոշել օրգանական միացության չհագեցած բնույթի հիմքում ընկած pi կապերի առկայությունը: Դրա համար քիմիական փորձեր են կատարվում՝ փորձարկվող նյութը (օրինակ՝ էթեն կամ ացետիլեն) կալիումի պերմանգանատի մանուշակագույն լուծույթով անցնելով։ Դիտվում է նրա գունաթափում, քանի որ չհագեցած կապը քայքայվում է։ Էթիլենի մոլեկուլը օքսիդացված է և չհագեցած ածխաջրածինից վերածվում է երկհիդրիկ հագեցած սպիրտի՝ էթիլեն գլիկոլի։ Այս ռեակցիան որակական է կրկնակի կամ եռակի կապերի առկայության համար։
KMnO4-ի քիմիական դրսևորումների առանձնահատկությունները
Եթե ռեակտիվների և ռեակցիայի արտադրանքների օքսիդացման վիճակները փոխվում են, ապա տեղի է ունենում օքսիդացում-վերականգնման ռեակցիա: Այն հիմնված է էլեկտրոնների մի ատոմից մյուսը շարժման ֆենոմենի վրա։ Ինչպես կալիումի պերմանգանատի տարրալուծման դեպքում, այնպես էլ այլ ռեակցիաներում, նյութն արտահայտում է օքսիդացնող նյութի ընդգծված հատկություններ։ Օրինակ՝ նատրիումի սուլֆիտի և կալիումի պերմանգանատի թթվացված լուծույթում առաջանում են նատրիումի, կալիումի և մանգանի սուլֆատներ, ինչպես նաև ջուր՝
5Na2SO3 + 2KMnO4 + 3H2 SO4 =2MnSO4 + 5Na2SO4 + K2SO4 + 3H20.
Այս դեպքում ծծմբի իոնը վերականգնող նյութ է, իսկ մանգանը, որը բարդ անիոնի MnO4-, ցուցադրում է օքսիդացնող նյութի հատկություններ։ Այն ընդունում է հինգ էլեկտրոն, ուստի նրա օքսիդացման աստիճանը +7-ից հասնում է +2-ի։
Շրջակա միջավայրի ազդեցությունըքիմիական ռեակցիայի հոսքը
Կախված ջրածնի իոնների կամ հիդրօքսիլ խմբերի կոնցենտրացիայից՝ առանձնանում է լուծույթի թթվային, ալկալային կամ չեզոք բնույթը, որում տեղի է ունենում ռեդոքս ռեակցիան։ Օրինակ, ջրածնի կատիոնների ավելցուկային պարունակության դեպքում կալիումի պերմանգանատում +7 օքսիդացման վիճակ ունեցող մանգանի իոնը այն իջեցնում է +2-ի։ Ալկալային միջավայրում, հիդրօքսիլային խմբերի բարձր կոնցենտրացիայի դեպքում, նատրիումի սուլֆիտը, փոխազդելով կալիումի պերմանգանատի հետ, օքսիդացվում է սուլֆատի։ +7 օքսիդացման վիճակով մանգանի իոնը մտնում է +6 լիցք ունեցող կատիոն, որը գտնվում է K2MnO4 կազմի մեջ:, որի լուծույթն ունի կանաչ գույն։ Չեզոք միջավայրում նատրիումի սուլֆիտը և կալիումի պերմանգանատը փոխազդում են միմյանց հետ, և մանգանի երկօքսիդը նստում է: Մանգանի կատիոնի օքսիդացման աստիճանը նվազում է +7-ից մինչև +4։ Նատրիումի սուլֆատ և ալկալի-նատրիումի հիդրօքսիդ նույնպես հայտնաբերվել են ռեակցիայի արտադրանքներում:
Մանգանաթթվի աղերի օգտագործում
Կալիումի պերմանգանատի տարրալուծման ռեակցիան տաքացման ժամանակ և մանգանաթթվի աղերի հետ կապված այլ օքսիդացման գործընթացները հաճախ օգտագործվում են արդյունաբերության մեջ: Օրինակ՝ շատ օրգանական միացությունների օքսիդացում, աղաթթվից գազային քլորի արտազատում, երկաթի աղերի վերածումը եռավալենտի։ Գյուղատնտեսության մեջ KMnO4 լուծույթն օգտագործվում է սերմերի և հողի նախացանքային մշակման համար, բժշկության մեջ բուժում են վերքերի մակերեսը, ախտահանում քթի խոռոչի բորբոքված լորձաթաղանթները,օգտագործվում է անձնական հիգիենայի պարագաները ախտահանելու համար։
Մեր հոդվածում մենք ոչ միայն մանրամասն ուսումնասիրեցինք կալիումի պերմանգանատի տարրալուծման գործընթացը, այլև դիտարկեցինք դրա օքսիդացնող հատկությունները և կիրառությունները առօրյա կյանքում և արդյունաբերության մեջ:
