Перманганат калия

Марганцовка

В каждой домашней аптечке обязательно есть марганцовка —бытовое дезинфицирующее средство.

Научное название этого соединения — перманганат калия КМnО4. Оно представляет собой калиевую соль сильной марганцевой кислоты НМnO4, в которой марганец находится в высшей степени окисления (+7). Поэтому не­удивительно, что КМnO4 является сильным окислителем. На свету он окисляет даже воду с выделением молекулярного кислорода.

Растворите в воде несколько кристалликов КМnO4 и подождите некоторое время. Вы заметите, что малиновая окраска раствора постепенно станет более бледной, а затем и совсем исчезнет. На стенках сосуда образуется коричневый налет оксида марганца (IV):

4 КМп04 + 2 Н20 = 4 MnO2 + 4 КОН + 3O2.

Многие считают, что перманганат калия хорошо растворим в воде. На самом деле растворимость этой соли при комнатной температуре (20°С) составляет всего 6,4 г на 100 г воды. Однако раствор имеет настолько интенсивную окраску, что кажется концентрированным.

В промышленности КМпO4 получают электролизом концентрированного раствора гидроксида калия с марганцевым анодом (анод — это электрод, на котором идет процесс окисления).

В процессе электролиза материал анода постепенно растворяется с образованием знакомого всем фиолетового раствора, содержащего перманганат-ионы.

На катоде происходит выделение молекулярного водорода. Схему электролиза можно представить в виде уравнений реакций:

Мn + 8 ОН — 7 е = МпO4ˉ+ 4 Н20 (анод);

4 Н2O + 2 е = Н2 + 2 ОНˉ (катод).

Суммарное уравнение реакции можно записать следующим образом:

2 Мn + 2 КОН+ 6 Н20 = 2 КМпO4 + 7 Н2.

Умеренно растворимый в воде перманганат калия выделяется в виде осадка.

Было бы заманчиво вместо привычной марганцовки производить перманганат натрия, ведь гидроксид натрия доступнее, чем гидроксид калия. Однако в этих условиях выделить NaMn04 практически невозможно: в отличие перманганата калия, он прекрасно растворим в воде — при 20 °C его растворимость составляет 144 г на 100 г воды.

Перманганат калия — очень сильный окислитель. Он может реагировать со многими органическими и неорганическими соединениями. Чем больше электронов способен принять окислитель в ходе реакции, тем большее количество молей другого вещества он окислит.

Число электронов, переходящих к окислителю, зависит от условий проведения реакции, например от кислотности среды. Так, в нейтральной или слабощелочной среде перманганат-ион восстанавливается до диоксида марганца:

МnO4ˉ+ 2 Н2O + 3 еˉ = MnO2 + 4ОНˉ

Но особенно ярко окисляющая способность перманганата проявляется в кислой среде:

МnO4ˉ+ 8 Н+ + 5 еˉ = Мn2+ + 4 Н2O

Подкисленный крепкий раствор перманганата буквально сжигает многие органические соединения, превращая их в углекислый газ и воду. Этим иногда пользуются химики для мытья лабораторной посуды, загрязненной плохо смываемыми остатками органических веществ.

В домашних условиях тоже можно использовать марганцовку для пользы дела, например, чтобы почистить фаянсовую раковину в ван­ной.

Для того чтобы получить самодельное «моющее средство», надо смешать марганцовку с кислотой. Конечно, не со всякой. Некоторые кислоты могут сами окисляться. В частности, если взять соляную кислоту, то из нее выделится ядовитый хлор:

2 КМпO4 + 16 HCI = 5 CI2 + 2 MnCI2 + 2 KCI + 8 Н20.

Так его часто и получают в лабораторных условиях. Поэтому для наших цепей лучше использовать разбавленную (примерно 5-процент­ную серную кислоту). В крайнем случае, ее можно заменить разбавленной уксусной кислотой — столовым уксусом.

Возьмем примерно 50 мл (четверть стакана) раствора кислоты, добавим 1−2 г перманганата калия (на кончике ножа) и тщательно перемешаем деревянной палочкой. Затем промоем ее под струей воды и привяжем к концу кусок поролоновой губки.

Вот этой «кисточкой» быстро, но аккуратно размажем окислительную смесь по загрязненному участку раковины. Вскоре жидкость начнет менять цвет на темно-вишневый, а затем — на коричневый. Значит, реакция окисления пошла полным ходом.

Здесь необходимо сделать несколько замечаний.

Работать надо очень осторожно. Чтобы смесь не попала на руки и одежду, хорошо бы надеть клеенчатый фартук.

И не следует медлить, так как окислительная смесь очень едкая и со временем съедает даже поролон.

После использова­ния поролоновую «кисть» нужно погрузить в заранее приготовленную банку с водой, промыть и выбросить.

Во время подобной очистки раковины может появить­ся неприятный запах, издаваемый продуктами неполного окисления органических загрязнений на фаянсе и самой уксусной кислоты. Поэтому помещение должно проветриваться.

Минут через 15−20 побуревшую смесь следует смыть струей воды. И хотя раковина предстанет в ужасном виде — вся в бурых пятнах, волноваться не стоит: продукт восстановления перманганата калия (диоксид марганца Мп02) легко удалить, восстановив его до хорошо растворимой соли марганца (II).

Сделать это лучше всего с помощью такого восстановителя как пероксид водорода Н2O2. Лучше взять, аптечный 3-процентный раствор. Вместо аптечного пероксида можно использовать таблетки гидроперита — соединения пероксида водорода с мочевиной состава CO (NH2)2∙H2O2.

Это не химическое соединение, поскольку между молекулами мочевины и пероксида водорода нет химических связей. Молекулы Н2O2 как бы включаются в длинные узкие каналы в кристаллах мочевины и не могут оттуда выйти, пока вещество не растворят в воде. Поэтому такие соединения называют соединениями включения.

Одна таблетка гидроперита соответствует 15 мл (столовая лож­ка) 3-процентного раствора пероксида водорода. Для получения 1-процентного раствора Н2O2 берут две таблетки гидроперита и 100 мл воды.

Используя Н2O2 в качестве восстановителя Мп02, нужно знать одну тонкость. Мп02 — хороший катализатор разложения пероксида водорода на воду и кислород:

2Н2O2 = 2Н2O + O2.

И если просто обработать раковину раствором Н202, то он мгновенно «вскипит», выделяя кислород, а бурый налет так и останется (ведь катализатор не должен расходоваться в ходе реакции). Кстати аналогичную реакцию иногда рекомендуют для лечения больных де­сен: их сначала обрабатывают слабым раствором марганцовки, а потом пероксидом водорода. Выделяющийся при реакции молекулярный кислород и является главным лечебным средством. Поэтому процедуру так и называют — «кислородные ванночки»

Чтобы избежать каталитического разложения Н2O2, нужна кислая среда. Здесь тоже подойдет уксус. Сильно разбавим аптечную перекись, добавим немного уксуса и этой смесью промоем раковину. Произойдет настоящее чудо: грязно-бурая поверхность засверкает белиз­ной и станет как новая. А чудо случится в полном соответствии с реакцией:

МnO2 + Н2O2 + 2 Н+ = O2 + Мn2+ + 2 Н2O.

Остается только смыть хорошо растворимую соль марганца струей воды.

Для снятия налета МпO2 можно использовать в качестве восстановителей также водные растворы органических кислот: щавелевой, лимонной, винной и др. Причем специально подкислять их не понадобится — кислоты сами создают в водном растворе достаточно кислую среду.