Kaaliumpermanganaat (KMnO4): definitsioon, omadused ja kasutus
Kaaliumpermanganaat (KMnO4) — definitsioon, keemilised omadused, ohutus ja praktilised kasutusalad: desinfitseerimine, oksüdatsioon ja laboripraktika.
Kaaliumpermanganaat on anorgaaniline keemiline ühend. Selle keemiline valem on KMnO4 . See sisaldab kaaliumi ja permanganaadi ioone. Mangaan on +7 oksüdatsiooniastmes. Seda tuntakse ka kui kaaliumpermanganaati ja Condy kristallid. Kaaliumpermanganaat on tugev oksüdeeriv aine, mis tähendab, et tal on kalduvus võtta teistelt kemikaalidelt elektrone. See lahustub vees, andes lillakaid lahuseid. Kui seda aurustada, tekitab see lillakasmustad läikivad kristallid. See on magusa maitsega ja lõhnatu.
Ülevaade ja täpsustus
Kaaliumpermanganaat (KMnO4) on tugev oksüdeerija ja laialt kasutatav reaktiiv laborites, tööstuses ja veepuhastuses. Täpsustus: kuigi ühes ülaltoodud lauses mainitakse maitset, ei tohiks KMnO4-i maitsta ega kokku puutuda suu kaudu – aine on toksiline ja söövitav. Selle kasutamine nõuab alati ettevaatusabinõusid.
Füüsikalised omadused
- Välimus: tumelillad kuni mustad säravad kristallid või kristalne pulber.
- Lahustuvus: hästi lahustub vees, moodustades lillaka kuni viinakarva värvi lahuse; alkoholides lahustuvus on väike.
- Värvimuutus: redutseerumisel (näiteks orgaaniliste ühenditega või hapetes) muutub värvus lillakast läbipaistvaks, sest Mangaani oksüdatsiooniaste langeb (+7 → +4 või +2 jne).
- Stabiilsus: kuivalt on suhteliselt stabiilne, kuid kuumutamisel või segamisel orgaaniliste/reduktantidega võib põhjustada oksüdatiivset põlemist või plahvatust.
Keemilised omadused ja reaktsioonid
- Toimib tugevana oksüdeerijana: redutseerub mitmes etapis (MnO2 sadestumine või lõpuks Mn2+), olenevalt pH-st ja redutseerijast.
- Happelises keskkonnas redutseerub lihtsamalt Mn2+-ks, neutraalses või aluselises keskkonnas võib tekkida MnO2 sade.
- Reageerib kergesti orgaaniliste ühenditega, põhjustades oksüdatsiooni, mis võib kiirendada põlemist; seetõttu ei tohi seda kokku puutuda kergestisüttivate või orgaaniliste materjalidega.
Kasutusalad
- Vee- ja jäätmepuhastus: oksüdeerib orgaanilist saastet ja aitab eemaldada lõhnu ning värvusi; kasutatakse ka deodorisatsiooniks ja desinfektsiooniks.
- Keemiline analüüs: permanganaatometrilised titrimuudatused on tavaline redoks-titratsioonimeetod (permangaanometria) — KMnO4 toimib indikaatorina, sest lõpppunkti juurde jõudes jääb lahusele kergelt lillakas värv.
- Meditsiiniline ja hügieeniline kasutus (väga lahjendatud lahused): antiseptilised vannid, haavahooldus ja seenhaiguste vastane ravi on ajalooliselt kasutanud lahuseid, kuid tänapäeval kasutatakse seda meditsiinis ettevaatusega ja rangelt juhindudes lahjendustest.
- Orgaanilise sünteesi oksüdeerimised: laborites ja tööstuses kasutatakse spetsiifiliste oksüdeerimisreaktsioonide jaoks.
- Metallide puhastus ja passivatsioon ning mõningates juhtudel desinfektsioon ja lõhnaeemaldus tööstuslikes protsessides.
Ohutus ja käitlemine
Ohtlikud omadused: kaaliumpermanganaat on tugev oksüdeerija, söövitav ja mürgine suukaudsel või intensiivsel nahakontaktil. Võib põhjustada põletusi, silmakahjustusi ja hingamisteede ärritust. Segatud orgaaniliste materjalidega võib põhjustada tule- või plahvatusohtu.
- Käitlus: kanna sobivaid kaitsevahendeid (kummikindad, kaitseprillid, respiraatorkui tolmu tekib); väldi tolmu sissehingamist ja nahakontakti.
- Säilitamine: hoida kuivas, jahedas, hästi ventileeritud kohas eemal orgaanilistest ainetest ja vähendavatest ainetest; hoida tihedalt suletud konteineris, soovitavalt klaasist või inertset materjali mahutis.
- Segamine: ära sega kontsentreeritud KMnO4 lahuseid kergesti süttivate või vähendavate ainetega.
Esmaabi
- Nahale sattumine: loputa rohke jooksva vee all vähemalt 15 minutit; eemalda saastunud riietus; pöördu arsti poole, kui põletus või ärritus püsib.
- Silmadesse sattumine: loputa kohe rohke veega vähemalt 15 minutiks ja otsi viivitamatult arstiabi.
- Sissehingamine: viige kannatanu värske õhu kätte; kui on hingamisraskusi, pöördu meditsiiniabi poole.
- Söömine: ära paku oksendamist ilma meditsiinilise juhendamiseta; pöördu kohe erakorralise meditsiiniabi poole — KMnO4 on suu kaudu mürgine ja võib põhjustada sisemist põletust.
Keskkonnamõju
KMnO4 on ohtlik veekeskkonnale, kuna toimib tugeva oksüdeerijana ja võib kahjustada veetaimestikku ning loomastikku. Jäätmete käitlemisel tuleb järgida kohalikku keskkonnakaitse regulatsiooni ning neutraliseerida jäägid sobival viisil enne äraviskamist.
Valmistamine ja puhastus
Industriaalselt valmistatakse KMnO4 mangaani(II/IV) ühendite oksüdeerimisel kaaliumhüdroksiidi või muu aluselisuse juures. Laboritingimustes on olemas standardseid puhastamis- ja kristalliseerimismeetodeid, kuid tööd peavad tegema kvalifitseeritud isikud vastava varustuse ja ohutusmeetmetega.
Kokkuvõte
Kaaliumpermanganaat on tugev oksüdeeriv aine, millel on palju kasutusvõimalusi — alates vee puhastamisest ja keemilisest analüüsist kuni teatud meditsiiniliste ja laboriliste rakendusteni. Samas on tegu ohtliku ainega: vajalik on korralik kaitse, õige säilitamine ja vastutustundlik käitlemine. Kui KMnO4-i kasutatakse, tuleb järgida ohutusjuhiseid ja vajaduse korral konsulteerida spetsialistiga.
Ajalugu
1659. aastal sulatas saksa keemik Johann Rudolf Glauber mineraali pürolusiidi ja kaaliumkarbonaadi segu, et saada materjal, mis moodustas vees lahustatuna rohelise lahuse (kaaliummanganaat). See muutus aeglaselt violetseks (kaaliumpermanganaat) ja lõpuks punaseks. See aruanne on esimene kirjeldus kaaliumpermanganaadi tootmise kohta.
Veidi vähem kui 200 aastat hiljem tegutses keemik Henry Bollmann Condy, kes oli londonlane. Ta tundis huvi desinfitseerimisvahendite vastu ja valmistas mõningaid asju, nagu osoonitud vesi. Ta leidis, et kui ta sulatas pürolusiiti koos naatriumhüdroksiidiga ja lahustas selle vees, tekkis lahus, millel olid head desinfitseerivad omadused. Ta patenteeris selle lahuse ja müüs seda Condy's Fluid nime all. Probleem oli selles, et lahus ei olnud väga stabiilne. Selle kõrvaldamiseks kasutas ta naatriumhüdroksiidi asemel kaaliumhüdroksiidi. See andis stabiilsema materjali. Samuti sai seda kuivatada sama heaks kaaliumpermanganaatpulbriks. Seda pulbrit nimetati Condy kristallideks või Condy pulbriks. Kaaliumpermanganaati oli lihtne valmistada, nii et Condy püüdis takistada teisi inimesi selle valmistamisel ja müümisel.
Varajased fotograafid kasutasid seda välgupulbris.
Kasutab
Keemilised rakendused
Kaaliumpermanganaati kasutatakse oksüdeeriva vahendina.[3] Seda kasutatakse ka desinfitseerimisvahendites ja desodoraatorites. Seda saab kasutada paljude erinevate kemikaalide valmistamiseks. Reoveepuhastuses kasutatakse seda vesiniksulfiidist, haisvast mürgisest gaasist, vabanemiseks. Analüütilises keemias kasutatakse mõnikord KMnO4 täpset kontsentratsiooni, et näha, kui palju on tiitrimisel teatavat redutseerijat. Sellega seotud viisil kasutatakse seda puidumassi reaktiivina. Kaaliumpermanganaadi ja formaldehüüdi segamisel tekib kerge pisargaas.
Oksüdeerijana orgaanilises sünteesis
KMnO lahjendatud lahused4 muudavad alkeenid dioolideks (glükoolideks). Seda käitumist kasutatakse ka kvalitatiivse testina topelt- või kolmiksidemete olemasolu kohta molekulis, kuna reaktsioon muudab permanganaadi lahuse värvituks. Seda nimetatakse mõnikord Baeyeri reaktiiviks.
Kontsentreeritud lahused oksüdeerivad metüülrühma aromaatsel ringil, nt tolueenist bensoehappeks.
KMnO4 oksüdeerib pseudoefedriinvesinikkloriidi, et toota metkatinooni, mis on Ameerika Ühendriikides I nimekirja kuuluv narkootikum. Sellest tulenevalt on DEA piiranud selle kasutamist ja müüki, liigitades selle I nimekirja kontrollitavaks lähteaineks. Kaaliumpermanganaat on kantud ÜRO narkootiliste ja psühhotroopsete ainete ebaseadusliku ringluse vastase konventsiooni I tabeli lähteainete hulka.
Happed ja kaaliumpermanganaat
Kontsentreeritud väävelhape reageerib kaaliumpermanganaadiga, moodustades mangaan(VII)oksiidi, mis võib olla plahvatusohtlik. [4][5][6]. See reaktsioon tekitab ka osooni. Osoon võib süüdata alkoholiga immutatud paberi. See reaktsioon on väga ohtlik.
6 KMnO4 + 9 H2 SO4 → 6 MnSO4 + 3 K2 SO4 + 9 H2 O + 5 O3
Kontsentreeritud HCl tekitab kloori.
2 KMnO4 + 16 HCl → 2 MnCl2 + 2 KCl + 8 H2 O + 5 Cl2
Redoksreaktsioonide Mn-sisaldusega tooted sõltuvad pH-st. Permanganaadi happelised lahused redutseeruvad nõrga roosa Mn2+ iooniks, nagu mangaan(II)kloriid. Neutraalses lahuses taandub permanganaat pruuniks mangaan(IV)-oksiidiks, kus Mn on +4 oksüdatsiooniastmes. Mangaan(IV)oksiid on see aine, mis värvib nahka, kui kaaliumpermanganaati sellele kanda. Kaaliumpermanganaat redutseerub aluselises lahuses spontaanselt rohelise värvusega kaaliummanganaadiks, kus mangaan on +6 oksüdatsiooniastmes.
Biomeditsiinilised kasutusalad
- Lahjendatud lahuseid kasutatakse haavandite (haavandite) raviks (0,25%), käte desinfitseerimiseks (umbes 1%) ja kergete pompholyx-dermatiitide või käte või jalgade seeninfektsioonide raviks.
- Hapestatud kaaliumpermanganaadi lahjendatud lahust kasutatakse histoloogias kudede detaile varjava melaniini pleegitamiseks.
- Kaaliumpermanganaati saab kasutada amüloid AA eristamiseks teist tüüpi amüloididest, mis on patoloogiliselt ladestunud kehakudedesse. Fikseeritud kudede inkubeerimine kaaliumpermanganaadiga takistab amüloid-AA värvimist kongopunase värviga, samas kui muud tüüpi amüloidi värvimine ei mõjuta seda.[7][8]
Mitmesugused kasutusviisid
- KMnO4 lahuseid on kasutatud koos 80% vesinikperoksiidiga raketi käivitamiseks. Selle kasutamise puhul nimetati seda Z-Stoffiks. Seda raketikütust kasutatakse ikka veel torpeedodes.
- Lahjendatud (10 mg/l) kaaliumpermanganaati võib kasutada tigude kõrvaldamiseks taimedelt enne nende paigutamist mageveekogusse.
- Kõrge kvaliteediga kaaliumpermanganaati võib leida basseinikauplustest ja seda kasutatakse maapiirkondades raua ja vesiniksulfiidi (mädanenud muna lõhn) eemaldamiseks kaevuveest.
- KMnO4 on sageli koos glütseriini või glükoositabletiga tule tegemiseks lisatud ellujäämiskomplektides. Glükoositabletti saab peenestada, segada kaaliumpermanganaadiga ja see põleb, kui seda hõõruda. Seda võib tule tegemiseks segada ka sõiduki jäätumisvastase ainega. Selle tegemine võib olla ohtlik ja seda tuleks teha ettevaatlikult, kastes jäätumisvastase aine sisse veidi paberit ja lisades seejärel väikese koguse kaaliumpermanganaati. Sellega saab steriliseerida ka vett ja haavu, nii et see on kasulik ellujäämiskomplektis.
- KMnO4 kasutatakse mõnede kalade parasiithaiguste raviks, joogivee puhastamiseks ning antidoodina fosforimürgistuse korral. Aafrikas on seda kasutatud köögiviljade, näiteks salati desinfitseerimisvahendina.
Lahustatud kaaliumpermanganaat
Ohud
Tahke kaaliumpermanganaat on tugev oksüdeerija ja üldiselt tuleks seda hoida redutseerijatest eraldi. Mõned reaktsioonid vajavad veidi vett. Näiteks pulbriline kaaliumpermanganaat ja tuhksuhkur süttivad (kuid ei plahvata) paar sekundit pärast tilga vee lisamist. KMnO4 lahjendatud lahused ei ole ohtlikud. KMnO4 moodustab kontsentreeritud hapetega segunemisel ohtlikke tooteid.
Kaaliumpermanganaat värvib nahka ja riideid ning seda tuleb käsitleda ettevaatlikult. Rõivaste plekke võib ära pesta äädikhappega. Nahaplekid kaovad 48 tunni jooksul.
Küsimused ja vastused
K: Mis on kaaliumpermanganaat?
V: Kaaliumpermanganaat on anorgaaniline keemiline ühend.
K: Milline on kaaliumpermanganaadi keemiline valem?
V: Kaaliumpermanganaadi keemiline valem on KMnO4.
K: Milliseid ioone sisaldab kaaliumpermanganaat?
V: Kaaliumpermanganaat sisaldab kaaliumi ja permanganaadi ioone.
K: Milline on kaaliumpermanganaadi mangaani oksüdatsiooniaste?
V: Kaaliumpermanganaadi mangaani oksüdatsiooniaste on +7.
K: Millised on kaaliumpermanganaadi teised nimetused?
V: Kaaliumpermanganaadi teised nimetused on kaaliumpermanganaat ja Condy kristallid.
K: Milline on kaaliumpermanganaadi kui oksüdeeriva aine omadus?
V: Kaaliumpermanganaat on tugev oksüdeeriv aine, mis tähendab, et tal on kalduvus võtta teistelt kemikaalidelt elektrone.
K: Mis juhtub kaaliumpermanganaadi aurustamisel?
V: Kaaliumpermanganaadi aurustamisel tekivad lillakasmustad läikivad kristallid.
Otsige