II.3.1. Caracterul oxidant al permanganatului de potasiu

Permanganatul de potasiu, KMnO₄, este un agent oxidant puternic, folosit în industria textilă ca decolorant, pentru sterilizarea apei, ca antiseptic în medicină, în laborator se utilizează în analize chimice cantitative (permanganometrie), în obținerea diferitelor substanțe organice (acid benzoic, etenă), alimentarea cu soluție foarte diluată de permanganat de potasiu sporește rezistența plantelor nu doar în fața bolilor, dar și a timpului nefavorabil etc.

👀 Experiment: Caracterul oxidant al permanganatului de potasiu
🔥 Atenție! Acidul sulfuric concentrat este caustic!
🔥 Atenție! Permanganatul de potasiu este toxic, iritant, periculos pentru mediu, oxidant!
🔥 Atenție! Hidroxidul de sodiu este caustic!
🔥 Atenție! Sulfatul de fier II este nociv în caz de înghițire, provoacă iritarea pielii și a ochilor!

Materiale necesare:
Pahare Berzelius, pahare Erlenmeyer, permanganat de potasiu, acid sulfuric concentrat, sulfat de fier II, soluție de hidroxid de sodiu, apă distilată, pipete.

Descrierea experimentului:

• Prepară soluții de permanganat de potasiu, sulfat de fier II și hidroxid de sodiu.
• Pune în 3 pahare câte10 mL de sol. de FeSO₄ .
• Adaugă în primul pahar câteva picături acid sulfuric conc. și apoi soluție de permanganat de potasiu, picătură cu picătură, până când soluția din pahar va avea culoarea roz pal.
• Adaugă în al doilea pahar câteva picături de sol. de hidroxid de sodiu conc. și apoi soluție de permanganat de potasiu, picătură cu picătură, până când soluția din pahar va avea culoarea verde închis.
• Adaugă în al treilea pahar câteva picături de apă distilată și câteva picături de sol. de permanganat de potasiu, picătură cu picătură, până când în soluția din pahar va avea apărea un precipitat de culoarea brună.

- În mediu acid:

Se identifică atomii care își schimbă N.O. și se scriu procesele parțiale de oxidare și de reducere care au loc :

Mn⁺⁷ din KMnO₄ se reduce la Mn⁺² din sulfatul de mangan, prin acceptarea de 5ē, fiind agent oxidant (AO).

Fe⁺² din FeSO₄ se oxidează la Fe⁺³ din Fe₂(SO₄)₃, prin cedarea de 1ē, fiind agent reducător.

- În mediu alcalin:

Se identifică atomii care își schimbă N.O. și se scriu procesele parțiale de oxidare și de reducere care au loc:

Mn⁺⁷ din KMnO₄ se reduce la Mn⁺⁶ din manganatul de sodiu și din manganatul de potasiu, prin acceptarea de 1ē, fiind agent oxidant (AO).

Fe⁺² din FeSO₄ se oxidează la Fe⁺³ din Fe(OH)₃, prin cedarea de 1ē, fiind agent reducător (AR).

- În mediu neutru:

Se identifică atomii care își schimbă N.O. și se scriu procesele parțiale de oxidare și de reducere care au loc:

Mn⁺⁷ din KMnO₄ se reduce la Mn⁺⁴ din dioxidul de mangan, prin acceptarea de 3ē, fiind agent oxidant (AO).

Fe⁺² din FeSO₄ se oxidează la Fe⁺³ din Fe(OH)₃ și Fe₂(SO₄)₃, prin cedarea de 1ē, fiind agent reducător (AR).

Concluzia experimentului:

Permanganatul de potasiu este un puternic oxidant în mediu acid (H₂SO₄). În mediu neutru sau bazic este un oxidant mai slab decât în mediu acid.

🔦 Observație

Cele mai frecvente stări de oxidare ale manganului sunt +2, +3, +4, +6 și +7, deși au fost observate stări de oxidare de la -3 la +7, manganul fiind astfel elementul chimic cu cele mai multe stări de oxidare posibile.

👀 Experiment: Obținerea clorului gazos
🔥 Atenție! Experimentul se realizează numai de către profesor, cu purtarea echipamentului de protecție și sub nișă!
🔥 Atenție! Permanganatul de potasiu este oxidant, nociv și periculos pentru mediu acvatic!
🔥 Atenție! Acidul clorhidric este caustic !
🔥 Atenție! Clorul este extrem de toxic și extrem de iritant pentru căile respiratorii, piele și ochi! Este oxidant!Mortal în caz de inhalare!Foarte toxic pentru mediul acvatic cu efecte pe termen lung.

Materiale necesare:
Pahar prevăzut cu dop perforat și tub, soluție de permanganat de potasiu, acid clorhidric concentrat, spirtieră, cilindru de colectare, clește de lemn, pipete.

Descrierea experimentului:

• Pune în pahar Erlenmeyer 4-5 g de cristale de KMnO₄ și adaugă 4-5 mL, picătură cu picătură, de HCl concentrat.
• Astupă paharul cu dopul perforat și introdu tubul de colectare într-un cilindru uscat.
• Încălzește paharul până când începe degajarea clorului, un gaz galben-verzui, extrem de toxic și iritant.
• După colectarea clorului în cilindru oprește încălzirea paharului și introdu tubul într-un vas cu apă. Nu scoate tubul din apă decât atunci când nu se mai vede degajarea clorului.
• Clorul gazos din cilindru poate fi folosit la alte experimente.

Ecuația reacției chimice:

2 KMnO₄ (s) + 16 HCl (aq) → 5 Cl₂ ↑(g) + 2 KCl (aq) + 2 MnCl₂ (aq) + 8 H₂O (l)

Această reacție este o reacție redox :

Reacția de reducere : 2 Mn^VII + 10 e- → 2 Mn^II
Reacția de oxidare : 10 Cl^-I - 10 e- → 10 Cl⁰

KMnO₄ este un agent oxidant și HCl este agentul reducător.

👀 Experiment: Obținerea bromului
🔥 Atenție! Experimentul se realizează numai de către profesor, cu purtarea echipamentului de protecție și sub nișă!
🔥 Atenție! Permanganatul de potasiu este oxidant, nociv și periculos pentru mediu acvatic!
🔥 Atenție! Acidul clorhidric este caustic !
🔥 Atenție! Bromul este extrem de iritant, provoacă arsuri grave ale pielii şi lezarea ochilor, extrem de toxic. Foarte toxic și pentru mediul acvatic!

Materiale necesare:
Eprubetă, soluție de permanganat de potasiu, soluție de bromură de potasiu, acid clorhidric concentrat, spirtieră, clește de lemn, pipete.

Descrierea experimentului:

• Adaugă în eprubetă câțiva mililitri de soluție de KBr, KMnO4 și HCl concentrat.
• Încălzește amestecul în flacăra unei spirtiere.
• Ce observi?

  Se degajă vapori de culoare brună.

Ecuația reacției chimice:

16 HCl(aq) + 2 KMnO₄(aq) + 10 KBr(aq) → 8 H₂O(l) + 12 KCl(aq) + 2MnCl₂(aq) + 5 Br₂(g) ↑

Această reacție este o reacție redox :

Reacția de oxidare : 10 Br^-I - 10 e- → 10 Br⁰

Reacția de reducere : 2 Mn^VII + 10 e- → 2 Mn^II

KMnO₄ este un agent oxidant și KBr este agentul reducător.

👀 Experiment: Identificarea anionului azotit cu permanganatul de potasiu
🔥 Atenție! Experimentul se realizează numai de către profesor, cu purtarea echipamentului de protecție și sub nișă!
🔥 Atenție! Permanganatul de potasiu este oxidant, nociv și periculos pentru mediu acvatic!

Materiale necesare:
Eprubetă, soluție de azotit de sodiu, soluție de permanganat de potasiu, acid sulfuric, pipete, clește de lemn, spirtieră.

Descrierea experimentului:

• Pune în eprubetă 4-5 picături de soluție de KMnO₄ și 4-5 picături de H₂SO₄ diluat. Încălzește amestecul până la 50-60 °C, apoi adaugă câteva picături soluție de NaNO₂ până se decolorează soluția de KMnO₄.

Concluzia experimentului:

Permanganatul de potasiu, în mediu de acid sulfuric diluat, este decolorat de azotiți.

5 NaNO₂ (aq) + 3 H₂SO₄ (aq) + 2 KMnO₄ (aq) → 3 H₂O (l) + K₂SO₄ (aq) + 2 MnSO₄ (aq) + 5 NaNO₃ (aq)

Această reacție este o reacție redox :

Reacția de oxidare : 5 N^III - 10 e- → 5 N^V

Reacția de reducere : 2 Mn^VII + 10 e- → 2 Mn^II

KMnO₄ este agent oxidant, NaNO₂ este agent reducător.