กระบวนการลดการเกิดออกซิเดชันรองรับปรากฏการณ์ที่สำคัญที่สุดของธรรมชาติที่มีชีวิตและไม่มีชีวิต: การเผาไหม้ การสลายตัวของสารที่ซับซ้อน การสังเคราะห์สารประกอบอินทรีย์ โพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนตซึ่งเป็นคุณสมบัติที่เราจะศึกษาในบทความของเราเป็นหนึ่งในสารออกซิไดซ์ที่ทรงพลังที่สุดที่ใช้ในห้องปฏิบัติการและสภาพอุตสาหกรรม ความสามารถในการออกซิไดซ์ของมันขึ้นอยู่กับสถานะออกซิเดชันของอะตอม ซึ่งเปลี่ยนแปลงไปในระหว่างการทำปฏิกิริยา ลองพิจารณาเรื่องนี้กับตัวอย่างเฉพาะของกระบวนการทางเคมีที่เกิดขึ้นจากการมีส่วนร่วมของโมเลกุล KMnO 4.
ลักษณะของสาร
สารประกอบที่เรากำลังพิจารณา (ด่างทับทิม) เป็นหนึ่งในสารที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดในอุตสาหกรรม - สารประกอบแมงกานีส เกลือเป็นตัวแทนของผลึกในรูปของปริซึมสีม่วงเข้มปกติ ละลายได้ดีในน้ำและเป็นสารละลายสีราสเบอร์รี่ที่มีคุณสมบัติฆ่าเชื้อแบคทีเรียที่ดีเยี่ยมลักษณะเฉพาะ. ดังนั้นสารนี้จึงถูกนำไปใช้อย่างกว้างขวางทั้งในทางการแพทย์และในชีวิตประจำวันในฐานะสารฆ่าเชื้อแบคทีเรีย เช่นเดียวกับสารประกอบอื่นๆ ของแมงกานีส heptavalent เกลือสามารถออกซิไดซ์สารประกอบหลายชนิดที่มีลักษณะอินทรีย์และอนินทรีย์ การสลายตัวของโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนตใช้ในห้องปฏิบัติการเคมีเพื่อให้ได้ออกซิเจนบริสุทธิ์ในปริมาณเล็กน้อย สารประกอบนี้ออกซิไดซ์กรดซัลไฟต์เป็นซัลเฟต ในอุตสาหกรรม KMnO4 ใช้เพื่อแยกก๊าซคลอรีนจากกรดไฮโดรคลอริก นอกจากนี้ยังออกซิไดซ์สารอินทรีย์ส่วนใหญ่และสามารถแปลงเกลือเหล็กเป็นสารประกอบเฟอร์ริกได้
การทดลองกับโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต
สารที่เรียกกันว่าโปแตสเซียมเปอร์แมงกาเนตสลายตัวเมื่อถูกความร้อน ผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาประกอบด้วยออกซิเจนฟรี แมงกานีสไดออกไซด์ และเกลือชนิดใหม่ - K2MnO4 ในห้องปฏิบัติการ กระบวนการนี้ดำเนินการเพื่อให้ได้ออกซิเจนบริสุทธิ์ สมการทางเคมีสำหรับการสลายตัวของโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนตสามารถแสดงได้ดังนี้:
2KMnO4=K2MnO4 + MnO2 + O2.
ของแห้งซึ่งเป็นผลึกสีม่วงในรูปปริซึมปกติ ถูกทำให้ร้อนที่อุณหภูมิ +200 °C ไอออนบวกของแมงกานีสซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของเกลือมีสถานะออกซิเดชันเท่ากับ +7 ผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาลดลงเป็น +6 และ +4 ตามลำดับ
เอทิลีนออกซิเดชัน
แก๊สไฮโดรคาร์บอนของชั้นต่างๆสารประกอบอินทรีย์มีพันธะทั้งเดี่ยวและหลายพันธะระหว่างอะตอมของคาร์บอนในโมเลกุล จะตรวจสอบการมีอยู่ของพันธะ pi ที่อยู่ภายใต้ธรรมชาติที่ไม่อิ่มตัวของสารประกอบอินทรีย์ได้อย่างไร สำหรับสิ่งนี้ การทดลองทางเคมีจะดำเนินการโดยผ่านสารทดสอบ (เช่น เอเธนหรืออะเซทิลีน) ผ่านสารละลายโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนตสีม่วง มีการสังเกตการเปลี่ยนสีเนื่องจากพันธะที่ไม่อิ่มตัวจะถูกทำลาย โมเลกุลเอทิลีนถูกออกซิไดซ์และเปลี่ยนจากไฮโดรคาร์บอนที่ไม่อิ่มตัวเป็นแอลกอฮอล์อิ่มตัวไดไฮดริก - เอทิลีนไกลคอล ปฏิกิริยานี้เป็นเชิงคุณภาพสำหรับการมีอยู่ของพันธะคู่หรือสามเท่า
ลักษณะอาการแสดงทางเคมีของ KMnO4
หากสถานะออกซิเดชันของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาเปลี่ยนไป ปฏิกิริยารีดักชันรีดักชันจะเกิดขึ้น มันขึ้นอยู่กับปรากฏการณ์การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนจากอะตอมหนึ่งไปยังอีกอะตอมหนึ่ง ในกรณีของการสลายตัวของโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนตและปฏิกิริยาอื่นๆ สารนี้แสดงคุณสมบัติที่เด่นชัดของตัวออกซิไดซ์ ตัวอย่างเช่น ในสารละลายที่เป็นกรดของโซเดียมซัลไฟต์และโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต จะเกิดโซเดียม โพแทสเซียมและแมงกานีสซัลเฟต รวมทั้งน้ำ:
5Na2SO3 + 2KMnO4 + 3H2 SO4 =2MnSO4 + 5Na2SO4 + K2SO4 + 3H20.
ในกรณีนี้ ไอออนของกำมะถันคือตัวรีดิวซ์และแมงกานีสซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของประจุลบเชิงซ้อน MnO4-, แสดงคุณสมบัติของตัวออกซิไดซ์ รับอิเล็กตรอน 5 ตัว ดังนั้นสถานะออกซิเดชันจึงเปลี่ยนจาก +7 เป็น +2
อิทธิพลของสิ่งแวดล้อมต่อการไหลของปฏิกิริยาเคมี
ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนหรือหมู่ไฮดรอกซิล ลักษณะที่เป็นกรด ด่าง หรือเป็นกลางของสารละลายซึ่งปฏิกิริยารีดอกซ์เกิดขึ้นนั้นแตกต่างออกไป ตัวอย่างเช่น ไอออนของแมงกานีสที่มีสถานะออกซิเดชันที่ +7 ในโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนตมีปริมาณไฮโดรเจนไอออนมากเกินไปจะทำให้ไอออนของแมงกานีสลดลงเหลือ +2 ในสภาพแวดล้อมที่เป็นด่าง ที่ความเข้มข้นสูงของกลุ่มไฮดรอกซิล โซเดียมซัลไฟต์ที่ทำปฏิกิริยากับโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนตจะถูกออกซิไดซ์เป็นซัลเฟต ไอออนของแมงกานีสที่มีสถานะออกซิเดชันเท่ากับ +7 จะกลายเป็นไอออนบวกที่มีประจุ +6 ซึ่งอยู่ในองค์ประกอบของ K2MnO4 ซึ่งเป็นสารละลายที่มีสีเขียว ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกลาง โซเดียมซัลไฟต์และโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนตทำปฏิกิริยาระหว่างกัน และแมงกานีสไดออกไซด์ตกตะกอน สถานะออกซิเดชันของไอออนบวกของแมงกานีสลดลงจาก +7 เป็น +4 โซเดียมซัลเฟตและด่าง - โซเดียมไฮดรอกไซด์ยังพบได้ในผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา
การใช้เกลือของกรดแมงกานีส
ปฏิกิริยาการสลายตัวของโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนตเมื่อถูกความร้อนและกระบวนการรีดอกซ์อื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับเกลือของกรดแมงกานีสมักใช้ในอุตสาหกรรม ตัวอย่างเช่น การเกิดออกซิเดชันของสารประกอบอินทรีย์หลายชนิด การปล่อยก๊าซคลอรีนจากกรดไฮโดรคลอริก การเปลี่ยนเกลือเหล็กเป็นไตรวาเลนท์ ในการเกษตร สารละลาย KMnO4 ใช้สำหรับการเตรียมเมล็ดและดินก่อนหว่าน ในยารักษาพื้นผิวของบาดแผล ฆ่าเชื้อเยื่อเมือกอักเสบของโพรงจมูกใช้สำหรับฆ่าเชื้อสิ่งของสุขอนามัยส่วนบุคคล
ในบทความของเรา เราไม่เพียงแต่ศึกษารายละเอียดกระบวนการย่อยสลายโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนตอย่างละเอียด แต่ยังพิจารณาคุณสมบัติในการออกซิไดซ์และการใช้งานในชีวิตประจำวันและในอุตสาหกรรมด้วย