07 Z reakcijami v mavrični svet kemije 2019

Razlaga poskusa

Vodikov peroksid pri sobni temperaturi na kisik in vodo razpada zelo počasi. Reakcijo lahko pospešimo z dodatkom katalizatorja. To je snov, ki učinkuje tako, da spremeni reakcijski mehanizem. Spremenjeni reakcijski mehanizem ima manjšo aktivacijsko energijo, zato reakcije potekajo hitreje že pri nižjih temperaturah (Slika 1) (Smrdu, 2012). Kot katalizator lahko uporabimo okside prehodnih kovin: MnO 2 , Fe 2 O 3 in Co 2 O 3 . Mi smo uporabili manganov dioksid. Ta je trden, raztopina vodikovega peroksida pa je tekoča; potekla je heterogena kataliza. Reakcija je eksotermna. To pomeni, da se energija pri njej sprošča, kar smo ugotovili posredno s pomočjo povišane temperature; steklenica se med reakcijo močno segreje. Ko za reakcijo s peroksidom uporabimo KMnO 4 , je reakcija veliko burnejša kot v primeru uporabe manganovega dioksida. V različni literaturi smo zasledili, da je tudi KMnO 4 katalizator, s čimer pa se sami ne strinjamo. Katalizator spremeni le mehanizem reakcije, sam pa ostane nespremenjen. KMnO 4 pa se je pri reakciji pretvoril v MnO 2 (za katerega smo v prejšnji reakciji sicer ugotovili, da je katalizator razpada peroksida) in KOH:

2KMnO 4 (aq) + 3H 2 O 2 (aq) → 2MnO 2 (s) + 2KOH(aq) + 2H 2 O(l) + 3O 2 (g)

Mn: +7 → +4 sprejme elektrone, se reducira, je oksidant

O: - 1 → 0 odda elektrone, se oksidi ra, je reducent

Reakcija je tipičen primer redoks reakcije, v kateri se ena snov (reducent) oksidira, druga snov (oksidant) pa reducira. Kalijev permanganat je močan oksidant, peroksid pa lahko, odvisno od pogojev, reagira kot oksidant ali pa kot reducent. V tem primeru je reagiral kot reducent – sam se je oksidiral. Manganat, ki je reagiral kot oksidant, pa se je reduciral iz stanja +7 v permanganatu v stanje +4 v oksidu.

Vodikov peroksid kot reducent s kalijevim permanganatom reagira tudi v kisli raztopini in jo razbarva:

- (aq) + 5H

+ (aq) → 2Mn 2+ (aq) + 8H

2MnO 4

2 O 2 (aq) + 6H

2 O(l) + 5O 2 (g)

Mn(+7) → Mn(+2) sprejme elektrone, se reducira, je oksidant

O(- 1) → O(0) odda elektrone, se oksidira, je reducent

Reakcijo lahko izkoristimo za čiščenje rok in trdovratnih vijolično - rjavih madežev na tekstilu, če se popackamo z raztopino kalijevega permanganata.

Za mangan so značilna številna oksidacijska stanja, ki so prepoznavna po različnih barvah:

Mn(+7 ) je vijoličen, Mn( +6) zelen, Mn(+5) moder, Mn(+4) rjav, Mn(+2) brezbarven.

Dim, ki ga pri reakciji peroksida s permanganatom vidimo izhajati iz steklenice, je zmes kisika in vodne pare. Tudi ta reakcija je močno eksotermna, temperatura v steklenici zelo naraste. Zaradi tega je iz varnostnih razlogov pomembno, kakšno steklenico izberemo za eksperiment. Številne so oblikovno zelo privlačne, vendar jih zaradi neustreznega materiala nismo izbrali. Najustreznejše so se nam zdele erlenmajerice iz borosilikatnega stekla, ki imajo manjši temperaturni koeficient od natrijevega in so zato d imenzijsko stabilnejše in odpornejše proti pokanju zaradi hitrih temperaturnih sprememb. Prav tako smo se izognili lepim bučkam s širokim dnom in ozkim dolgim vratom, saj smo se bali neenakomernega raztezka in posledično pokanja steklovine.

36