Kaliumpermanganat (KMnO4): Struktur, Eigenschaften
Kaliumpermanganat (KMnO 4) ist eine anorganische Verbindung, die aus Mangan - Übergangsmetallgruppe 7 (VIIB) -, Sauerstoff und Kalium gebildet wird. Es ist ein dunkelvioletter glasartiger Feststoff. Ihre wässrigen Lösungen sind auch dunkelviolett; Diese Lösungen werden weniger violett, wenn sie in größeren Mengen Wasser verdünnt werden.
Das KMnO 4 beginnt dann in einer Abfolge von Farben in der folgenden Reihenfolge Reduktionen (Elektronen zu gewinnen): lila> blau> grün> gelb> farblos (mit braunem Niederschlag von MnO 2 ). Diese Reaktion zeigt eine wichtige Eigenschaft von Kaliumpermanganat: Es ist ein sehr starkes Oxidationsmittel.
Formula
Seine chemische Formel lautet KMnO 4 ; das heißt, für jedes K + -Kation gibt es ein MnO 4 -Anion, das mit diesem interagiert
Chemische Struktur
Das obere Bild zeigt die orthorhombische Kristallstruktur von KMnO 4 . Die violetten Kugeln entsprechen den K + -Kationen, während das aus den vier roten Kugeln und der blauen Kugel gebildete Tetraeder dem MnO 4 - Anion entspricht.
Warum hat das Anion eine tetraedrische Geometrie? Ihre Lewis-Struktur beantwortet diese Frage. Die gepunkteten Linien bedeuten, dass die Doppelbindungen zwischen Mn und O schwingen. Um diese Struktur annehmen zu können, muss das Metallzentrum eine sp 3 -Hybridisierung aufweisen.
Da Mangan keine Elektronenpaare ohne gemeinsame Nutzung aufweist, werden die Mn-O-Bindungen nicht auf dieselbe Ebene verschoben. Ebenso wird die negative Ladung auf die vier Sauerstoffatome verteilt, die für die Orientierung der K + -Kationen innerhalb der Kristallanordnungen verantwortlich sind.
Verwendet
Medizin und Veterinär
Aufgrund seiner bakteriziden Wirkung wird es bei zahlreichen Krankheiten und Zuständen angewendet, die Hautveränderungen hervorrufen, wie z. B .: Infektionen der Füße mit Pilzen, Impetigo, oberflächlichen Wunden, Dermatitis und tropischen Geschwüren.
Aufgrund seiner schädlichen Wirkung sollte Kaliumpermanganat in geringen Konzentrationen (1: 10000) verwendet werden, was die Wirksamkeit seiner Wirkung einschränkt.
Es wird auch zur Behandlung von Fischparasiten in Aquarien verwendet, die Kiemeninfektionen und Hautgeschwüre verursachen.
Wasseraufbereitung
Es ist ein chemischer Regenerator, der zur Entfernung von Eisen, Magnesium und Schwefelwasserstoff (von unangenehmen Gerüchen) aus Wasser und zur Reinigung von Abwässern verwendet werden kann.
Eisen und Magnesium fallen in Form ihrer unlöslichen Oxide in Wasser aus. Außerdem hilft es, den in den Rohren vorhandenen Rost zu entfernen.
Obstkonservierung
Das Kaliumpermanganat entfernt durch Oxidation das bei seiner Lagerung in der Banane entstehende Ethylen, so dass es auch bei Raumtemperatur mehr als 4 Wochen ohne Reifung verbleibt.
In Afrika wird es zum Einweichen von Gemüse verwendet, um vorhandene Bakterien zu neutralisieren und zu eliminieren.
Aktion in Brand
Kaliumpermanganat wird verwendet, um die Ausbreitung von Bränden zu begrenzen. Basierend auf der Fähigkeit des Permanganats, das Feuer auszulösen, wird es verwendet, um bei Waldbränden Brandpausen zu verursachen.
Redox-Titulans
In der analytischen Chemie werden ihre standardisierten wässrigen Lösungen als Oxidationsmitteltitriermittel bei Redoxbestimmungen verwendet.
Reagenz in der organischen Synthese
Es dient dazu, Alkene in Diole umzuwandeln; das heißt, an die Doppelbindung C = C werden zwei OH-Gruppen angefügt. Die folgende chemische Gleichung:
Ebenso wird es in Lösung von Schwefelsäure mit Chromsäure (H 2 CrO 4 ) zur Oxidation der primären Alkohole (R-OH) zu Carbonsäuren (R-COOH oder RCO 2 H) eingesetzt.
Seine Oxidationskraft ist stark genug, um die primären oder sekundären Alkylgruppen der aromatischen Verbindungen zu oxidieren, die sie "carboxylieren"; das heißt, indem die Seitenkette R (zum Beispiel ein CH 3 ) in eine COOH-Gruppe umgewandelt wird.
Historische Verwendungen
Es war Teil des Pulvers, das als Blitzlicht in der Fotografie oder zum Starten der Thermitreaktion verwendet wurde.
Es wurde im Zweiten Weltkrieg verwendet, um weiße Pferde während des Tages zu tarnen. Hierfür verwendeten sie braun gefärbtes Mangandioxid (MnO 2 ); auf diese Weise blieben sie unbemerkt.
Wie geht das?
Das Pyrolusitmineral enthält Mangandioxid (MnO 2 ) und Kaliumcarbonat (CaCO 3 ).
Im Jahr 1659 schmolz der Chemiker Johann R. Glauber das Mineral und löste es in Wasser auf. Dabei stellte er fest, dass die Lösung eine grüne Färbung aufwies, die sich später in Violett und schließlich in Rot verwandelte. Diese letzte Farbe entsprach der Erzeugung von Kaliumpermanganat.
Mitte des 19. Jahrhunderts suchte Henry Condy nach einem antiseptischen Produkt und behandelte den Pyrolusit zunächst mit NaOH und dann mit KOH, wobei die sogenannten Condy-Kristalle entstanden. das heißt Kaliumpermanganat.
Kaliumpermanganat wird industriell aus Mangandioxid hergestellt, das im Mineral Pirolusit enthalten ist. Das im Mineral enthaltene MnO 2 reagiert mit dem Kaliumhydroxid und wird anschließend in Gegenwart von Sauerstoff erhitzt.
2 MnO 2 + 4 KOH + O 2 => 2 K 2 MnO 4 + 2 H 2 O
Kaliummanganat (K 2 MnO 4 ) wird durch elektrolytische Oxidation in einem alkalischen Medium in Kaliumpermanganat umgewandelt.
2 K 2 MnO 4 + 2 H 2 O => 2 KMnO 4 + 2 KOH + H 2
Bei einer anderen Reaktion zur Herstellung von Kaliumpermanganat wird das Kaliummanganat mit CO 2 umgesetzt, wodurch der Disproportionierungsprozess beschleunigt wird:
3 K 2 MnO 4 + 2 CO 2 => 2 KMnO 4 + MnO 2 + K 2 CO 3
Aufgrund der Entstehung von MnO 2 (Mangandioxid) ist der Prozess ungünstig, KOH muss aus K 2 CO 3 erzeugt werden .
Eigenschaften
Es ist ein purpurfarbener kristalliner Feststoff, der bei 240 ° C schmilzt, eine Dichte von 2, 7 g / ml und ein Molekulargewicht von ungefähr 158 g / mol aufweist.
Es ist schlecht wasserlöslich (6, 4 g / 100 ml bei 20 ºC), was darauf hinweist, dass Wassermoleküle keine MnO & sub4; -Ionen solvatisieren, da ihre tetraedrischen Geometrien möglicherweise viel Wasser erfordern seine Auflösung In gleicher Weise kann es auch in Methylalkohol, Aceton, Essigsäure und Pyridin gelöst werden.
Zersetzung
Es zersetzt sich bei 240 ° C unter Freisetzung von Sauerstoff:
2KMnO 4 => K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2
Es kann sich durch Einwirkung von Alkohol und anderen organischen Lösungsmitteln sowie durch Einwirkung starker Säuren und Reduktionsmittel zersetzen.
Oxidierende Kraft
In diesem Salz weist Mangan die höchste Oxidationsstufe (+7) oder die gleiche Oxidationsstufe auf, bis zu der maximalen Menge an Elektronen, die auf ionische Weise verloren gehen können. Die elektronische Konfiguration von Mangan ist wiederum 3 d 54 s 2; daher ist im Kaliumpermanganat die gesamte Valenzhülle des Manganatoms "leer".
Das Manganatom hat also eine natürliche Tendenz, Elektronen zu gewinnen. dh in alkalischen oder sauren Medien auf andere Oxidationsstufen reduziert werden. Dies ist die Erklärung, warum KMnO 4 ein starkes Oxidationsmittel ist.
