高錳酸鉀 KMnO_4

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簡介

約翰·魯道夫·格勞伯，一位德國科學家，於 1659 年首次發現了 KMnO₄ 的合成方法。這種化學物質易溶於水，由鉀離子和高錳酸根離子組成。在物理狀態下，它是一種深紫色且無味的固體。它通常被稱為高錳酸鉀或康迪晶體。作為一種有效的氧化劑、皮炎藥物傷口清潔劑和通用消毒劑，高錳酸鉀常用於化工行業和實驗室。

什麼是高錳酸鉀？

高錳酸鉀是一種無機化合物，其化學式為 KMnO₄。它是一種紫黑色的結晶鹽，溶於水中形成K⁺ 和 MnO₄^- 離子的溶液。它是一種強氧化劑，不會產生任何有害產物。它被世界衛生組織列為基本藥物之一。

KMnO₄ 溶液

高錳酸鉀結構-KMnO₄

• 高錳酸鉀外觀為紫紅色的結晶固體。

• 在 MnO₄^-（即高錳酸根陰離子）中，錳原子與四個氧原子形成3 個雙鍵和 1 個單鍵。該鹽的錳原子處於+7 氧化態。

• KMnO_4 的晶體結構為正交晶系，其晶格常數為 - a = 910.5 皮米，b = 572.0 皮米，c = 742.5 皮米。

• 該分子中的高錳酸根陰離子和鉀陽離子之間存在離子鍵。每個 MnO₄^- 骨架都呈四面體構型。

KMnO₄ 的四面體幾何結構

高錳酸鉀的物理性質

以下是 KMnO₄ 的一些物理屬性總結 -

• 它確實是一種結晶固體材料，呈紫色至品紅色。

• KMnO₄ 最常見的形式為片劑、粉末或結晶形式。

• 它的分子量為 158.034 gmol^-1，密度為 2.7gml^-1。

• KMnO₄ 的熔點為 $\mathrm{2400^\circ C}$，非常高。

• 該物質具有鹹味，但沒有氣味。

高錳酸鉀的化學性質

以下是 KMnO₄ 的一些化學屬性總結。

• 雖然 KMnO₄ 本身不可燃，但它可以促進其他物質的燃燒。

• 丙酮、水、吡啶、甲醇和乙酸等溶劑都能溶解高錳酸鉀。此外，無機溶劑也能輕易分解它。

• 在正常情況下，它是一種非常穩定的化合物，但加熱會使其分解成 MnO₂ 並釋放 O₂。

  $$\mathrm{2KMnO_4 → K_2 MnO_4 + MnO_2 + O_2}$$

• 當與簡單的酒精和甘油混合時，它會立即產生火焰和煙霧。

• 高錳酸鹽延遲果實成熟，延長水果在沒有冷藏的情況下保鮮時間，大約為四周。

• 它是一種強氧化劑，會產生二氧化錳，這是一種深棕色物質，可以使任何有機物質染色。

• 它被用作再生劑，去除鐵和硫化氫，硫化氫會使井水產生臭雞蛋味。

高錳酸鉀 (KMnO₄) 的反應

涉及 KMnO₄ 的大多數反應都是氧化還原反應。氧化還原反應是一種反應機制，其中一種物質被氧化，另一種物質被還原。高錳酸鉀可以氧化許多無機物質。溶液環境對反應的最終產物有很大影響。以下列出了一些反應 -

• 高錳酸鉀可用於將醛氧化成羧酸。例如，

  $$\mathrm{5 C_6 H_{13} CHO+2 KMnO_4+3 H_2 SO_4→ 5 C_6 H_{13} COOH+ 3 H_2 O +K_2 SO_4+2 MnSO_4}$$

• 透過簡單地氧化苯環上的烷基，可以將甲苯轉化為苯甲酸。

  $$\mathrm{5 C_6 H_5 CH_3+6 KMnO_4+9 H_2 SO_4 → 5 C_6 H_5 COOH+14 H_2 O + 3 K_2 SO_4+6 MnSO_4}$$

• 在酸性環境中，KMnO₄ 中的錳被轉化為 Mn⁺²。

  $$\mathrm{2KMnO_4+5Na_2 SO_3+3H_2 SO_4→ 2MnSO_4+5Na_2 SO_4+K_2 SO_4+ 3H_2 O}$$

• 在鹼性介質中，MnO₄^- 被還原形成 MnO₄^2-。

  $$\mathrm{2KMnO_4+Na_2 SO_3+2KOH → 2K_2 MnO_4+Na_2 SO_4+H_2 O}$$

• 在中性環境中，MnO₄^- 會產生 MnO₂，並以棕色沉澱的形式積累。

  $$\mathrm{2KMnO_4+3K_2 SO_3+H_2 O → 3K_2 SO_4+2MnO_2+2KOH}$$

• KMnO₄ 與硫酸反應生成 Mn₂ O₇。

  $$\mathrm{2KMnO_4+H_2 SO_4 → Mn_2 O_7+K_2 SO_4+H_2 O }$$

• KMnO₄ 與過氧化氫反應生成 MnO₂。

  $$\mathrm{2KMnO_4+3H_2 O_2→ 2KOH+2MnO_2+3O_2+2H_2 O }$$

高錳酸鉀 (KMnO₄) 的用途

KMnO₄ 作為一種強氧化劑，不會產生任何有害後果，因此具有多種特殊用途。以下是用途總結 -

• 在水淨化中 - 它被用於水處理廠，去除水中的異味以及殺滅汙染物。此外，它還有可能淨化游泳池水。

• 在有機化合物的製備中 - KMnO₄ 作為有機分子合成中的反應物是其主要用途之一。預計在氯黴素、抗壞血酸、糖精等的生產中會用到大量的高錳酸鉀。

• 在分析化學中 - 由於其強烈的顏色和氧化效能，高錳酸鉀在化學實驗室中用作化學試劑，以測定化合物中可以被氧化的百分比。該值稱為“高錳酸鹽值”。KMnO₄ 可用於評估有機化合物的非飽和度，從而進行定性分析。

• 用作藥物 - KMnO₄ 可用於治療多種皮膚病。包括膿皰瘡、熱帶潰瘍、天皰瘡、皮炎、淺表傷口和足部真菌感染。

對健康的影響

KMnO₄ 是一種危險化學品，即使短暫接觸也可能引起不適。以下是其一些對健康的不利影響 -

• 吞嚥時會刺激喉嚨和鼻子。特別是肺部可能會受到影響，導致肺水腫、呼吸急促和咳嗽。

• 長期接觸可能會影響生育能力。

• 濃縮的 KMnO₄ 會刺激眼睛和皮膚。長期吸收可能會造成不可逆的眼睛損傷。

結論

高錳酸鉀是一種多功能的化學物質，呈紫色。它是一種錳酸的鉀鹽。由於其氧化特性，它在化學和醫藥領域具有廣泛的應用。當KMnO₄ 水溶液與 NH₄⁺ 反應時會發生離子交換。這種物質還有許多用途，例如漂白劑、殺蟲劑和防腐劑。

常見問題

1. 高錳酸鉀晶體可以安全觸控嗎？

不可以，接觸乾燥的結晶顆粒或飽和溶液時，高錳酸鉀會導致皮膚髮炎、發紅和硬化。

2. 如何處置 KMnO₄？

少量的高錳酸鉀不會對環境或公眾安全造成重大威脅，因此更容易處理。它們可以在家中或附近的處理家庭危險廢物的場所進行處理。

3. 高錳酸鉀會起火嗎？

當用磷粉研磨 KMnO₄ 晶體時，會發生劇烈爆炸。

4. KMnO₄ 的學名是什麼？

KMnO₄ 的學名為高錳酸鉀

5. 為什麼 KMnO_4 充當氧化劑？

元素的電負性隨著原子氧化態的增加而增加。因此，高錳酸根是一種良好的氧化劑，其中Mn 處於 +7 價態。