معايرة برمنجنات البوتاسيوم في 7 خطوات

إذا كنت تدرس الكيمياء، فلا بد أنك تعاملت يومًا مع مادة تتميز بلونها البنفسجي، والتي توجد دائمًا في زجاجة داكنة اللون، ويمكنها أيضًا أن تصبُغ يديك وملابسك .. نعم إنها برمنجنات البوتاسيوم، تُرى ما هي تلك المادة؟ وما خصائصها واستخداماتها؟ وما الهدف من مُعايرتها، وكيف يتم ذلك؟ .. هذا ما سنناقشه في هذا المقال.

برمنجنات البوتاسيوم

نظرة عامة

خصائص برمنجنات البوتاسيوم

الخصائص الفيزيائية:

 

   الشكل بلورات بنفسجية داكنة أو سوداء.

 لونها بنفسجي ساطع في حالة المحلول.

 (يمكن أن توجد على شكل أقراص أو مسحوق أو بلورات)

الحالة صلب
الرائحة عديم الرائحة، لكن له طعم حلو.
نقطة الغليان   100 درجة مئوية
الكثافة  2.703 جرام/سم مكعب   
الذوبانية – قابل للذوبان في العديد من المركبات العضوية، أيضًا عن طريق الأحماض المركزة مع اطلاق الأكسجين.
 – قابل للذوبان في الأسيتون، الميثانول، حمض الخليك، أنهيدريد الخليك، البيريدين، بنزونيتريل و السلفولان.
الذوبانية في الماء   6.38 جرام/100 مل (20 °C)
نقطة الانصهار    270 درجة مئوية

 

 

 

 

الخواص الكيميائية :

  • برمنجانات البوتاسيوم مركب كيميائي غير عضوي، يُعرف أيضًا باسم “بلورات كوندي.”
  • عامل مؤكسد قوي وصيغته الكيميائية KMnO4 ويشكل ثاني أكسيد المنجنيز (Mno2) ذو اللون البني الداكن الذي يلطخ أي شيء عضوي.

 

التركيب الكيميائي لبرمنجنات البوتاسيوم

  • الوزن الجزيئي / الكتلة المولية لـ برمنجنات البوتاسيوم هو 158.034 جم / مول
  • يتم إنتاجه (في الصناعة الكيميائية) من ثاني أكسيد المنجنيز.
  • جميع تطبيقات برمنجنات البوتاسيوم تقريبًا تستغل خصائصه المؤكسدة.
  • يتفاعل بعنف مع حمض الكبريتيك مما يُؤدي إلى حدوث انفجار.
  • يتفاعل على الفور مع الجلسرين والكحوليات البسيطة التي تنتج اللهب والدخان.
  • يعمل كعامل مؤكسد قوي للغاية في الأوساط الحمضية والمتعادلة والقلوية.

 المعادلات التي تمثل الأكسدة في هذه الأوساط هي :-

  في الوسط الحمضي:-

 

2KMnO4 +5Na2SO3+ 3H2SO4 → K2SO4 + 2MnSO4 + 5Na2SO4+3H2O

 

 

2 KMnO4 + 16 HCL → 2 MnCL2 + 2 KCL + 8 H2O + 5 Cl2

(حمض الهيدروكلوريك المركز يصنع الكلور)

 

ملحوظة : تعتمد المواد الناتجة من تفاعلات الأكسدة والاختزال والمحتوية على المنجنيز علي الأس الهيدروجيني (PH). يتم اختزال المحاليل الحمضية للبرمنجنات إلى أيون المنجنيز الوردي الخفيف (Mn2 +)، كما هو الحال في كلوريد المنجنيز (II)

 

في الوسط المتعادل:-

 

2KMnO4 +3K2SO3+ H2O → 3K2SO3+2MnO2 + 2KOH

 

في المحلول المتعادل، يتم اختزال البرمنجنات إلى أكسيد المنجنيز البني (IV) ، حيث يكون المنجنيز في حالة أكسدة +4. أكسيد المنجنيز (IV) هو المادة التي تصبغ الجلد عند وضع برمنجانات البوتاسيوم عليه، وتُختزل برمنجانات البوتاسيوم تلقائيًا في المحلول القاعدي الى منجنات البوتاسيوم ذات اللون الأخضر، حيث يكون المنجنيز في حالة الأكسدة +6.

 

في الوسط القلوي:-

2KMnO4+Na2SO3+2KOH → 2K2Mno4+Na2SO4+H2O

يتم اختزال ايون البرمنجانات (  MnO42-   ) .

 

  • عند تسخين بلورات البرمنجنات، تتحلل لاطلاق الأكسجين.

 

2KMno4 → K2Mno4 + Mno2 + O2

 

  • عند تخفيف بلورات البرمنجنات، تتحلل لاطلاق الأكسجين.

 

2KMno4 + 2H2O Sunlight → 4KOH + 4MnO4+ 3O2

انبوبة اختبار بها برمنجنات البوتاسيوم

استخدامات برمنجانات البوتاسيوم

  • أحد أهم التطبيقات الصناعية لبرمنجانات البوتاسيوم هو كعامل مؤكسد في التصنيع الكيميائي للعديد من المركبات الهامة.
  • يتم استخدامه على نطاق واسع في صناعة معالجة المياه. يتم استخدامه لإزالة الحديد وكبريتيد الهيدروجين (رائحة البيض الفاسد) من مياه الآبار.
  • يستخدم كمطهر لتنظيف الجروح وعلاج بعض الأمراض الجلدية مثل الالتهابات الفطرية للقدم والتهاب الجلد.
  • تطبيق مهم آخر لبرمنجانات البوتاسيوم، هو في علاج الالتهابات البكتيرية.
  • يتم استخدامه في طباعة الأقمشة ودباغة الجلود.
  • يتم استخدامه كمادة مُبيضة وكمُبيد للآفات وكمُطهر.
  • في تقنية خلايا الوقود ، يستخدم كمستقبل إلكتروني في خلية الوقود الميكروبية.
  • في الكيمياء العضوية والتحليلية ، بسبب لونه القوي وطبيعته المؤكسدة ، يتم استخدام برمنجانات البوتاسيوم في مختبرات الكيمياء ككاشف لحساب كمية المادة التي يمكن أن تتأكسد في العينة. ويُشار في التحليل النوعي إلى هذه القيمة باسم “قيمة البرمنجنات”.

تأثير برمنجانات البوتاسيوم على الصحة:-

  • في الشكل المركز تعتبرمهيجة للعيون والجلد. يمكن أن تتفاعل مع العديد من عوامل الاختزال أو المواد العضوية ؛لأنها قابلة للاشتعال.
  • يعتمد التأثير المضاد للبكتيريا لبرمنجانات البوتاسيوم على عملية أكسدة البروتينات للبكتيريا أو الأنسجة بواسطة هذا المركب.
  • يترك بقعة على الجلد أو الأنسجة .
  • نظرًا لأنه يعمل من خلال عملية الأكسدة المدمرة  لجميع المواد العضوية؛ فإن استخدامه مقيد للأغراض الخارجية فقط.
  • يعمل بمثابة ترياق في حالات التسمم بالباربيتورات وهيدرات الكلورال والقلويدات. محلول من 1: 5000 من البرمنجنات عند استخدامه كغسول للمعدة، يؤكسد السم ويمنع امتصاصه.
  • عادة ما يتم تخزين هذا المركب في حاويات مغلقة بإحكام. يجب التعامل معه بحذر؛ فقد يحدث انفجار عندما يتلامس مع مواد قابلة للأكسدة بسهولة.

 

                                         

ماذا يحدث إذا تم تناول برمنجانات البوتاسيوم؟

يمكن أن يتسبب تناوله في تلف الجهاز الهضمي العلوي. كما أنه قد يسبب آثارًا سُمية جهازية مثل متلازمة الضائقة التنفسية لدى البالغين، واعتلال التخثر، والفشل الكبدي الكلوي، والتهاب البنكرياس وحتى الموت في الحالات الشديدة.

 

مخاطر برمنجانات البوتاسيوم

  • برمنجانات البوتاسيوم الصلب هو مؤكسد قوي وبشكل عام يجب أن يبقى منفصلاً عن عوامل الاختزال.
  • تحتاج بعض التفاعلات إلى القليل من الماء. على سبيل المثال ، سوف يشتعل مسحوق برمنجانات البوتاسيوم والسكر البودرة (لكن لا ينفجران) بعد بضع ثوانٍ من إضافة قطرة ماء.
  • المحاليل المخففة منه ليست خطيرة. يشكل نواتج خطرة عند مزجه مع الأحماض المركزة.
  • يصبغ الجلد والملابس ويجب التعامل معه بحذر. يمكن غسل بقع الملابس باستخدام حمض الأسيتيك. تختفي بقع الجلد خلال 48 ساعة.

 

تحضير برمنجنات البوتاسيوم

يتم تحضير برمنجنات البوتاسيوم تجاريًا عن طريق خلط محلول هيدروكسيد البوتاسيوم (KOH) ومسحوق أكسيد المنغنيز( ( MnO2 مع عوامل مؤكسدة مثل كلورات البوتاسيوم. يغلي الخليط ويَتَبخر ويُسخن المتبقي في أحواض حديدية حتى يكتسب قوامًا كالعجين.

6KOH + 3MnO2 + 6KClO3 → 3K2MnO9 + 6KCl + 3H2O

يتم غلي منجنات البوتاسيوم (الأخضر) في كمية كبيرة من الماء ويتم تمرير تيار الكلور وثاني أكسيد الكربون CO2 والهواء المعالج بالأوزون إلى السائل حتى يتم تحويله إلى برمنجنات. تتم ازالة  أكسيد المنجنيز  (( MnO2  المتكون باستمرار لمنع تكسير البرمنجنات.

6K2MnO4 + 3Cl2 → 6KMnO4  + 6KCl

يتم استخلاص محلول برمنجانات البوتاسيوم  من أي راسب من أكسيد المنجنيز( MnO2 ) المركّز والمُتبلور، ثم  يتم عمل طرد مركزي للبلورات وتجفيفها.

معايرة برمنجنات البوتاسيوم –KMno4

معايرة برمنجانات البوتاسيوم

ماذا تعني معايرة برمنجنات البوتاسيوم؟ (الهدف)

 

يعني تحديد قوة برمنجنات البوتاسيوم بمحلول معياري من حمض الأكساليك. يساعد هذا التفاعل في دراسة وفهم نظرية الأكسدة والاختزال.

 

الأدوات والكواشف:

سحاحة.

ماء مقطرة.

ماصة.

قمع.

لوح تسخين.

دورق مخروطي سعة 250 مل.

دورق سعة 250 مل.

محلول برمنجنات البوتاسيوم.

محلول معياري لحمض الأكساليك (0.1 م).

حمض الكبريتيك.

 

خطوات العمل :

 ١- نظف السحاحة بالماء المقطر ثم أفرغ الماء ثم اشطف السحاحة بمحلول برمنجنات البوتاسيوم ثم أفرغ السحاحة.

٢- املأ السحاحة بمحلول برمنجنات البوتاسيوم وسجل نقطة البداية.

٣-انقل 10 مل من حمض الأكساليك عن طريق الماصة إلى دورق مخروطي نظيف ثم أضف 5 مل من حمض الكبريتيك المخفف ثم سخن المحلول إلى 70 درجة مئوية باستخدام لوح التسخين لتسريع التفاعل بين حمض الأكساليك وبرمنجنات البوتاسيوم.

٤- ابدأ المعايرة بإضافة برمنجنات البوتاسيوم تدريجياً من السحاحة مع هز القارورة باستمرار حتى يتغير اللون من البنفسجي إلى عديم اللون.

 ٥- استمر في إضافة برمنجنات البوتاسيوم حتى يتغير المحلول من عديم اللون إلى اللون البنفسجي مرة أخرى وخذ نقطة النهاية.

 ٦- سجل حجم برمنجنات البوتاسيوم المستخدم في المعايرة.

 ٧- كرر الخطوات السابقة ثلاث مرات ثم احسب متوسط ​​حجم برمنجنات البوتاسيوم المستخدم في المعايرة ثم احسب تركيز برمنجنات البوتاسيوم.

 

بيانات تجريبية:

 

 التجربة 1التجربة 2التجربة3
الحجم الابتدائي لبرمجنات البوتاسيوم   
الحجم النهائي لبرمنجانات البوتاسيوم   
الحجم المستخدم لبرمنجانات البوتاسيوم   
متوسط حجم برمنجانات البوتاسيوم   

المعادلة الكيميائية:

2KMnO4 + 5H2C2O4 + 3H2SO4 → 2MnSO4 + 10CO2 + 18H2O + K2SO4

الحسابات :

 

a2M1V1 = a1M2V2

حيث :

 

M1 (تركيز برمنجنات البوتاسيوم) = ———— مولار

 

V1 (متوسط ​​حجم برمنجنات البوتاسيوم) = ———— مل

 

M2 (تركيز حمض الأكساليك) = 0.1مولار

 

V2 (حجم حمض الأكساليك) = 10مل

 

a1 (عدد الإلكترونات المكتسبة لكل وحدة من برمنجنات البوتاسيوم في المعادلة الكيميائية المتوازنة لتفاعل نصف خلية) = 2

 

a2 (عدد الإلكترونات المفقودة لكل وحدة حمض الأكساليك في معادلة كيميائية متوازنة لتفاعل نصف خلية) = 5

 

بالتعويض في المعادلة التالية:

 

a2M1V1 = a1M2V2

 

نحصل على M1 = ———–

 

ثم بالتعويض في المعادلة السابقة يمكنك حساب قوة برمنجنات البوتاسيوم.

 

المحلول:

 

القوة = المولارية * الكتلة الجزيئية

 

المولارية = M1 = ———– مولاري

 

الوزن الجزيئي لبرمنجنات البوتاسيوم = 158

 

لذلك ، القوة = ———- جرام / لتر

 

تلخيص :

من التجربة المذكورة أعلاه ، يتضح أنه يمكن معايرة برمنجنات البوتاسيوم بشكل فعال باستخدام محلول حمض الأكساليك. بعد إجراء الحساب ، تم تعيين قوة محلول برمنجنات البوتاسيوم المحضر … جرام / لتر

 

ملاحظات:

  •  يتغير لون برمنجنات البوتاسيوم مع التفاعل، ولم يتم استخدام أي كاشف آخر في هذه التجربة لتحديد نقطة النهاية حيث أن برمنجنات البوتاسيوم كاشف ذاتي.
  • نقوم بتسخين دورق المعايرة المحتوي على حمض الأكساليك إلى حوالي 60-70 درجة مئوية ثم نقوم بمعايرته مقابل برمنجانات البوتاسيوم… إذا كانت درجة الحرارة منخفضة جدًا (أقل من 55 درجة مئوية) ، فإن التفاعل بين حمض الأكساليك وبرمنجنات البوتاسيوم سوف يتحرك ببطء شديد. أما عند درجة حرارة تزيد عن 70 درجة مئوية ، يبدأ حمض الأكساليك في التحلل ، لذلك من المهم البقاء في هذا النطاق (60-70 درجة مئوية).
  •  يتم التفاعل بين برمنجنات البوتاسيوم وحمض الأكساليك في وسط حمضي لأن أيون البرمنجنات في الوسط الحمضي هو عامل مؤكسد قوي للغاية. يتم إدخال الحموضة عن طريق إضافة محلول مخفف من حمض الكبريتيك.
  •  في هذه التجربة يعتبر برمنجنات البوتاسيوم هو المحلول المراد معايرته وحمض الأكساليك هو المحلول معلوم التركيز المستخدم في عملية المعايرة. هنا برمنجنات البوتاسيوم هو عامل مؤكسد وحمض الأكساليك هو عامل الاختزال.
  •  أيون البرمنجنات (MnO4-) له لون بنفسجي غامق. في وسط حمضي – يتحول إلى أيونات المنغنيز عديمة اللون (Mn2 +) عند الوصول إلى نقطة النهاية، فإن إضافة آخر قطرة من البرمنجنات تُعطي لونًا بنفسجيًا فاتحًا الى المحلول.
  •  يجب التعامل مع الكواشف والأدوات بحذر شديد.

 

يُمكنك إجراء تجربة معايرة برمنجنات البوتاسيوم بالمختبر الافتراضي للكيمياء  مجانًا

 

توفر براكسيلابس مختبرًا افتراضيًا للكيمياء للطلاب والمعلمين والباحثين. قم بإنشاء حسابك المجاني واستمتع بإجراء تجربة معايرة برمنجنات البوتاسيوم عبر الإنترنت.

يمكنك الوصول إلى المختبر الافتراضي لتجربة معايرة برمنجنات البوتاسيوم باستخدام الإنترنت في أي مكان وفي أي وقت تريده .. سجل الآن

 

 

 

عن نورهان عصام

نورهان عصام

شاهد أيضاً

تفاعلات الأكسدة والاختزال: التعريف، شرح المعادلات، أمثلة، والتطبيقات المختلفة

  هل تسائلت يومًا عن ” المصادر الرئيسية للطاقة على هذا الكوكب، سواء كانت طبيعية …