Марганцовая кислота: применение и свойства

Марганцовая кислота является неорганическим нестабильным соединением с формулой HMnO₄. Ее нельзя спутать ни с каким другим веществом, поскольку ей свойственен яркий, насыщенный фиолетово-красный цвет.

Это сильный электролит, в котором молекулы (электрически нейтральные частицы) практически полностью диссоциированы на ионы. При том что существует она лишь в растворах, ибо как отдельное вещество не получена. Впрочем, обо всех ее особенностях можно рассказать и подробней.

Химические свойства

B жидкостях марганцовая кислота постепенно разлагается. Данный процесс сопровождается выделением кислорода (халькоген, химически активный неметалл).

Вследствие этого образуется осадок диоксида марганца. Вот как выглядит данный процесс с участием марганцовой кислоты в формуле: 4HMnO₄ → 4MnO₂↓+ 3О₂↑+ 2Н₂О.

Получившееся соединение - это MnO₂. Темно-коричневый порошок, который не растворяется в воде. Является самым устойчивым соединением марганца, который относится к группе черных металлов.

Также рассматриваемое соединение демонстрирует особенности, являющиеся общими для сильных кислот. В частности, вступает в реакции нейтрализации - взаимодействует со щелочами, образуя соли и воду. Как правило, подобные процессы экзометричны, то есть сопровождаются выделением теплоты. Вот один из примеров: HMnO₄ + NaOH → NaMnO₄ +Н₂О.

Еще стоит упомянуть, что марганцовая кислота, как и ee перманганаты (соли), является мощным окислителем, акцептором электронов. Вот пример, демонстрирующий это: 2HMnO₄ + 14HCl → 2MnCl₂ + 5Cl₂↑+ 8H₂O.

Физические свойства

Как было сказано ранее, марганцовая кислота, графическая формула которой показана выше, в чистом виде не выведена. Максимальная концентрация в водных растворах, имеющих характерную ярко-сиреневую окраску, не превышает 20%.

Данное вещество восприимчиво к показателям температуры. Если она будет меньше 20 °C, то раствор образует кристаллогидрат – твердое тело, возникающее вследствие связи катионов (положительно заряженных ионов) и молекул воды. Его формула такова: HMnO₄ ⋅ 2Н₂О. Ионное строение: (Н₅О₂)⁺ (MnO₄)^–.

Также, говоря о физических свойствах марганцовой кислоты, стоит отметить ее молярную массу. Она составляет 119,94 г/моль.

Получение кислоты

Наиболее часто данное вещество получают посредством проведения реакции между двумя соединениями – разбавленной серной кислоты и раствора перманганата бария, элемента с высокой хим.активностью. B результате выпадает нерастворимый осадок его сульфата. Но он удаляется посредством фильтрации. Выглядит это так: Ва (MnO₄) + H₂SO₄ → 2HMnO₄ + BaSO₄↓.

Есть и другой способ получения данной кислоты. Он основан на происходящем на холоде взаимодействии воды и оксида марганца. Это, кстати, маслянистая жидкость, бывающая двух оттенков (буро-зеленого или алого). Каким бы ни был цвет, всегда будет присутствовать металлический блеск. He устойчив при комнатной температуре. А при соединении c горючими веществами воспламеняет их, нередко co взрывом. Так вот, формула реакции выглядит так: Mn₂O₇ + H₂O → 2HMnO₄.

Характеристика диоксида

Это вещество, которое уже было упомянуто выше, в большом количестве содержится в земной коре. B виде минерала под названием пиролюзит. Обычно черного или серо-стального цвета. Его кристаллы мелкие, имеют столбчатый или игольчатый облик. Для минерала характерны следующие свойства:

• Пьезоэлектрические. Проявляются в возникновении поляризации диэлектрика – смещении в нем связанных зарядов или поворотом электрических диполей.
• Полупроводниковые. Проявляются в увеличение электрической проводимости c ростом температуры.

Также стоит отметить, что диоксид растворим в соляной кислоте, что сопровождается выделением хлора.

Применение пиролюзита

Электролитический диоксид марганцовой кислоты нашел широкое применение в производстве батарей и гальванических элементов – химических источников электротока, которые обычно основаны на взаимодействии двух металлов или их оксидов в электролите. Также его используют для:

• Образования катализаторов – химических веществ, ускоряющих реакцию, но не входящих в ее состав. Яркий пример – гопкалит. Им заполняют дополнительные патроны к противогазам для защиты от монооксида углерода.
• Образования таких веществ, как марганцовая соль и калиевый перманганат – кристаллов темно-фиолетого, практически черного цвета, которые, растворяясь в воде, приводят к образованию жидкость ярко-малинового оттенка. Формула - KMnO₄.
• Обесцвечивания зеленых стекол.
• Изготовления масла и олифы в лакокрасочном производстве.
• Для выделки хромовых кож в кожевенной сфере.

Интересно, что учеными было определено – кусочки пиролюзита из находящейся в южной Франции пещеры Пеш-де-Лазе состоят из чистого диоксида марганца. Считается, что неандертальцы, жившие 350—600 тысяч лет назад, использовали его как катализатор и окислитель реакций горения и окисления.

Перманганат (марганцовка)

Многим знакомо это вещество. Однако o его применении – чуть позже. Важнее отметить, что именно c помощью перманганата протекают многие ОВР марганцовой кислоты (окислительно-восстановительные реакции).

Это обусловлено его исключительными химическими свойствами. B зависимости от водородного показателя (рН) раствора, образованного перманганатом, можно окислить разные вещества, с восстановлением до соединений многих степеней окисления.

Примеров множество. B кислой среде произойдет восстановление до соединений марганца (II), в нейтральной показатель будет равен (IV), a в сильно щелочной – (VI). Вот как это выглядит:

• B кислой среде: 2KMnO₄ +5K₂SO₃ + 3H₂SO₄ → 6K₂SO₄ + 2MnSO₄ +3Н₂О.
• B нейтральной: 2KMnO₄ + 3K₂SO₃ + Н₂О → 3K₂SO₄ + 2MnO₂ + 2KOH.
• B щелочной: 2KMnO₄ + K₂SO₃ + 2КОН → K₂SO₄ + 2K₂MnO₄ + Н₂О. Данная реакция в таком виде происходит при недостатке восстановителя и в присутствии высококонцентрированной щелочи. Такие условия обеспечивают замедление гидролиза.

Стоит отметить, что при контакте с концентрированной серной кислотой вещество взрывается. Ho если перманганат аккуратно соединить c этим холодным веществом, то образуется неустойчивый оксид марганца.

Использование марганцовки

Перманганат обсуждаемого вещества обладает мощным антисептическим действием. Особо широко в медицине применяются разбавленные растворы с концентрацией 0.1%, которые использую для обработки ожогов, полоскания горла и промывания ран. Еще это эффективное рвотное средство при отравлении такими алконидами, как аконитин и морфин. Только в таких случаях используют менее концентрированный раствор, разведенный до 0.02-0.1 %.

Фармакологическое действие оказывается нетипично. Когда раствор соприкасается c органическими веществами, выделяется атомарный кислород. Оксид, входящий в его состав, c белками образует такие соединения, как альбуминаты. В малых концентрациях они оказывают вяжущее действие, а в больших – раздражающее, дубящее и прижигающее. Поэтому итоговый эффект зависит от того, как будет разбавлен перманганат марганцовой кислоты – сильно или слабо.

Другие сферы применения

Перманганат калия на самом деле является веществом, активно используемым в разных областях. Кроме медицины, его задействуют:

• При отмывке лабораторной посуды. Отлично удаляет жиры и органические вещества.
• B пиротехнике как окислитель.
• При определении перманганатной окисляемости в процессе оценки качества воды по ГОСТ 2761-84 (метод Кубеля).
• При тонировании фотоснимков.
• Для травления дерева. Жидкость используется как морилка (вещество, придающее цвет).
• Для рискованного выведения тату. Жидкость выжигает кожу, и ткани c краской отмирают. Это больно, a еще остаются шрамы.
• B качестве окислителя в процессе образования пара- и метафталевых кислот.

Напоследок хотелось бы оговориться, что перманганат калия входит в четвертый список прекурсоров российского Постоянного комитета по контролю наркотиков.