Permanganato de potasio

permanganato de potasio es un compuesto inorgánico con la fórmula química KMnO₄. Es una sal cristalina de color negro violáceo, que se disuelve en agua como K+ y MnO-4, una solución de color rosa intenso a púrpura.

El permanganato de potasio se usa ampliamente en la industria química y en los laboratorios como un fuerte agente oxidante y también como medicamento para la dermatitis, para la limpieza de heridas y para la desinfección general. Está en la Lista de Medicamentos Esenciales de la Organización Mundial de la Salud. En 2000, la producción mundial se estimó en 30.000 toneladas.

Propiedades

El permanganato de potasio es la sal de potasio del permanganato del complejo oxo de metal de transición tetraédrico, en el que cuatro ligandos O^2- están unidos a un manganeso. (VII) centro.

Estructura

KMnO₄ forma cristales ortorrómbicos con constantes: a = 910,5 pm, b = 572,0 pm, c = 742,5 pm. El motivo general es similar al del sulfato de bario, con el que forma soluciones sólidas. En el sólido (como en solución), cada MnO−4 el centro es tetraédrico. Las distancias Mn-O son 1,62 Å.

Color

El color negro violáceo del permanganato de potasio sólido y el color intensamente rosado a púrpura de sus soluciones es causado por su anión permanganato, que obtiene su color de una fuerte banda de absorción de transferencia de carga causada por la excitación de electrones del oxo. orbitales del ligando a orbitales vacíos del centro de manganeso(VII).

Usos

Casi todas las aplicaciones del permanganato de potasio aprovechan sus propiedades oxidantes. Como oxidante fuerte que no genera subproductos tóxicos, el KMnO₄ tiene muchos usos específicos.

Usos médicos

El permanganato de potasio se utiliza para diversas afecciones de la piel. Esto incluye infecciones fúngicas del pie, impétigo, pénfigo, heridas superficiales, dermatitis y úlceras tropicales. Está en la Lista de Medicamentos Esenciales de la Organización Mundial de la Salud.

Tratamiento de agua

El permanganato de potasio se utiliza ampliamente en la industria del tratamiento de agua. Se utiliza como producto químico de regeneración para eliminar el hierro y el sulfuro de hidrógeno (olor a huevo podrido) del agua de pozo a través de un proceso de "arena verde de manganeso" filtrar. "Pot-Perm" También se puede conseguir en tiendas de suministros para piscinas y se utiliza además para tratar aguas residuales. Históricamente se utilizaba para desinfectar el agua potable y puede volverla rosada. Las guías modernas de senderismo y supervivencia desaconsejan el uso de permanganato de potasio en el campo porque es difícil dosificarlo correctamente. Actualmente encuentra aplicación en el control de organismos molestos como el mejillón cebra en sistemas de recolección y tratamiento de agua dulce.

Síntesis de compuestos orgánicos

Una de las principales aplicaciones del KMnO₄ es como reactivo para la síntesis de compuestos orgánicos. Se requieren cantidades importantes para la síntesis de ácido ascórbico, cloranfenicol, sacarina, ácido isonicotínico y ácido pirazinoico.

KMnO₄ se utiliza en análisis orgánicos cualitativos para probar la presencia de insaturación. A veces se le conoce como reactivo de Baeyer en honor al químico orgánico alemán Adolf von Baeyer. El reactivo es una solución alcalina de permanganato de potasio. La reacción con enlaces dobles o triples (-C=C- o -C≡C-) hace que el color se desvanezca del rosa violáceo al marrón. Los aldehídos y el ácido fórmico (y los formiatos) también dan positivo. La prueba es anticuada.

KMnO₄ es una tinción de cromatografía de capa fina común para la detección de grupos funcionales oxidables, como alcoholes, aldehídos, alquenos y cetonas. Dichos compuestos dan como resultado una mancha de color blanco a naranja en las placas de TLC.

Uso analítico

El permanganato de potasio se puede utilizar para determinar cuantitativamente el material orgánico oxidable total en una muestra acuosa. El valor determinado se conoce como valor de permanganato. En química analítica, a veces se utiliza una solución acuosa estandarizada de KMnO₄ como valorante oxidante para valoraciones redox (permanganometría). A medida que se titula el permanganato de potasio, la solución adquiere un tono púrpura claro, que se oscurece a medida que se agrega un exceso de valorante a la solución. De forma relacionada, se utiliza como reactivo para determinar el número Kappa de la pulpa de madera. Para la estandarización de soluciones de KMnO₄ se suele utilizar la reducción con ácido oxálico. En química agrícola, se utiliza para estimar el carbono activo en el suelo.

Las soluciones acuosas y ácidas de KMnO₄ se utilizan para recolectar mercurio gaseoso en los gases de combustión durante las pruebas de emisiones de fuentes estacionarias.

En histología, el permanganato de potasio se utilizó como agente blanqueador.

Conservación de frutas

Los absorbentes de etileno prolongan el tiempo de almacenamiento de los plátanos incluso a altas temperaturas. Este efecto puede aprovecharse envasando los plátanos en polietileno junto con permanganato de potasio. Al eliminar el etileno por oxidación, el permanganato retrasa la maduración, aumentando la vida útil de la fruta hasta 4 semanas sin necesidad de refrigeración.

Kits de supervivencia

El permanganato de potasio a veces se incluye en los kits de supervivencia: como iniciador de fuego hipergólico (cuando se mezcla con anticongelante de glicerol del radiador de un automóvil); como esterilizador de agua; y para crear señales de socorro en la nieve.

Servicio de bomberos

Se añade permanganato de potasio a los "dispensadores de esferas de plástico" para crear efectos contraproducentes, agotamiento y quemaduras controladas. Se inyecta etilenglicol a esferas de polímero que se asemejan a pelotas de ping-pong y que contienen pequeñas cantidades de permanganato y se proyectan hacia el área donde se desea la ignición, donde se encienden espontáneamente segundos después. Se utilizan tanto sistemas portátiles de helicópteros y aviones no tripulados (UAS) como dispensadores de esferas de plástico montados en barcos.

Otros usos

El permanganato de potasio es uno de los principales productos químicos utilizados en las industrias del cine y la televisión para "envejecer" la piel. utilería y decorados. Su rápida conversión a MnO₂ marrón crea una sustancia "centenaria" o "antiguo" Se ve sobre tela de arpillera (arpillera), cuerdas, madera y vidrio.

El permanganato de potasio se puede utilizar para oxidar la pasta de cocaína para purificarla y aumentar su estabilidad. Esto llevó a que la DEA lanzara la Operación Púrpura en 2000, con el objetivo de monitorear el suministro mundial de permanganato de potasio; sin embargo, pronto se utilizaron derivados y sustitutos del permanganato de potasio para evitar la operación.

Permanganato de potasio utilizado como agente oxidante en la síntesis de cocaína y metcatinona.

El permanganato de potasio es uno de varios tratamientos posibles para Ichthyophthirius multifiliis (comúnmente conocido como "ich"), un parásito que infecta y generalmente mata a los peces de acuario de agua dulce.

Historia

En 1659, Johann Rudolf Glauber fusionó una mezcla del mineral pirolusita (dióxido de manganeso, MnO₂) y carbonato de potasio para obtener un material que, al disolverse en agua, daba una solución verde (potasio manganato) que lentamente cambió a violeta y finalmente a rojo. La reacción que produjo los cambios de color que Glauber observó en su solución de permanganato de potasio y manganato de potasio (K₂MnO₄) se conoce ahora como el "camaleón químico". #34;. Este informe representa la primera descripción de la producción de permanganato de potasio. Poco menos de 200 años después, el químico londinense Henry Bollmann Condy estaba interesado en los desinfectantes; Descubrió que fusionar pirolusita con hidróxido de sodio (NaOH) y disolverlo en agua producía una solución con propiedades desinfectantes. Patentó esta solución y la comercializó como "Condy's Fluid". Aunque eficaz, la solución no fue muy estable. Esto se solucionó utilizando hidróxido de potasio (KOH) en lugar de NaOH. Este era más estable y tenía la ventaja de una fácil conversión a cristales de permanganato de potasio igualmente eficaces. Este material cristalino se conocía como 'cristales de Condy' o 'polvo de Condy'. El permanganato de potasio era comparativamente fácil de fabricar, por lo que posteriormente Condy se vio obligado a pasar un tiempo considerable en litigios para impedir que los competidores comercializaran productos similares.

Los primeros fotógrafos lo utilizaban como componente de la pólvora para flash. Actualmente se sustituye por otros oxidantes debido a la inestabilidad de las mezclas de permanganato.

Preparación

El permanganato de potasio se produce industrialmente a partir de dióxido de manganeso, que también se presenta como mineral pirolusita. En 2000, la producción mundial se estimó en 30.000 toneladas. El MnO₂ se fusiona con hidróxido de potasio y se calienta al aire o con otra fuente de oxígeno, como nitrato de potasio o clorato de potasio. Este proceso da manganato de potasio:

${displaystyle {ce {2 MnO2 + 4 KOH + O2 - titulada 2 K2MnO4 + 2 H2O}}}$

(Con el hidróxido de sodio, el producto final no es manganato de sodio sino un compuesto de Mn(V), lo cual es una de las razones por las que el permanganato de potasio se usa más comúnmente que el permanganato de sodio. Además, la sal de potasio cristaliza mejor).

El manganato de potasio se convierte luego en permanganato mediante oxidación electrolítica en medios alcalinos:

${displaystyle {ce {2 K2MnO4 + 2 H2O] 2 KMnO4 + 2 KOH + H2}}$

Otros métodos

Aunque no tiene importancia comercial, el manganato de potasio se puede oxidar con cloro o por desproporción en condiciones ácidas. La reacción de oxidación del cloro es

${displaystyle {ce {2 K2MnO4 + Cl2] 2 KMnO4 + 2 KCl}}}$

y la reacción de desproporción inducida por ácido se puede escribir como

${displaystyle {ce {3 K2MnO4 + 4 HCl - titulada 2 KMnO4 + MnO2 + 2 H2O + 4 KCl}}}}$

Un ácido débil como el ácido carbónico es suficiente para esta reacción:

${displaystyle {ce {3 K2MnO4 + 2 CO2 - titulada 2 KMnO4 + 2 K2CO3 + MnO2}}}$

Las sales de permanganato también se pueden generar tratando una solución de iones Mn²⁺ con oxidantes fuertes como dióxido de plomo (PbO₂), bismutato de sodio (NaBiO₃), o peroxidisulfato. Las pruebas de presencia de manganeso aprovechan el intenso color violeta del permanganato producido por estos reactivos.

Reacciones

Química orgánica

Las soluciones diluidas de KMnO₄ convierten los alquenos en dioles. Este comportamiento también se utiliza como prueba cualitativa de la presencia de enlaces dobles o triples en una molécula, ya que la reacción decolora la solución de permanganato inicialmente violeta y genera un precipitado marrón (MnO₂). En este contexto, a veces se le denomina reactivo de Baeyer. Sin embargo, el bromo sirve mejor para medir cuantitativamente la insaturación (enlaces dobles o triples), ya que el KMnO₄, al ser un agente oxidante muy fuerte, puede reaccionar con una variedad de grupos.

En condiciones ácidas, el doble enlace del alqueno se escinde para dar el ácido carboxílico apropiado:

${displaystyle {ce {CH3(CH2)17CH=CH2 + 2 KMnO4 + 3 H2SO4 - titulada CH3(CH2)17COOH + CO2 + 4 H2O + K2SO4 + 2 MnSO4}}$

El permanganato de potasio oxida los aldehídos a ácidos carboxílicos, lo que se ilustra mediante la conversión de n-heptanal en ácido heptanoico:

${displaystyle {ce {5 C6H13CHO + 2 KMnO4 + 3 H2SO4 - titulada 5 C6H13COOH + 3 H2O + K2SO4 + 2 MnSO4}}}$

Incluso un grupo alquilo (con un hidrógeno bencílico) en un anillo aromático se oxida, p. tolueno a ácido benzoico.

${displaystyle {ce {5 C6H5CH3 + 6 KMnO4 + 9 H2SO4 - titulada 5 C6H5COOH + 14 H2O + 3 K2SO4 + 6 MnSO4}}}$

Los glicoles y polioles son altamente reactivos con el KMnO₄. Por ejemplo, la adición de permanganato de potasio a una solución acuosa de azúcar e hidróxido de sodio produce la reacción química del camaleón, que implica cambios dramáticos de color asociados con los diversos estados de oxidación del manganeso. Una reacción vigorosa relacionada se aprovecha como iniciador de fuego en los kits de supervivencia. Por ejemplo, una mezcla de permanganato de potasio y glicerol o glucosa pulverizada se enciende fácilmente. Sus propiedades esterilizantes son otro motivo para incluir el KMnO₄ en un kit de supervivencia.

Intercambio iónico

El tratamiento de una mezcla de permanganato de potasio acuoso con una sal de amonio cuaternario produce un intercambio iónico, precipitando la sal quat de permanganato. Las soluciones de estas sales a veces son solubles en disolventes orgánicos:

${displaystyle {ce {KMnO4 + R4NCl - confianza R4NMnO4 + KCl}}$

Del mismo modo, la adición de un éter corona también proporciona una sal lipófila.

Reacción con ácidos y bases

El permanganato reacciona con ácido clorhídrico concentrado para dar cloro y manganeso (II):

${displaystyle {ce {2 KMnO4 + 16 HCl - titulada 2 MnCl2 + 5 Cl2 + 2 KCl + 8 H2O}}}$

En solución neutra, el permanganato se reduce lentamente a dióxido de manganeso (MnO₂). Este es el material que mancha la piel al manipular KMnO₄.

KMnO₄ se reduce en solución alcalina para dar K2MnO4 verde:

${displaystyle {ce {4 KMnO4 + 4 KOH - titulada 4 K2MnO4 + O2 + 2 H2O}}}$

Esta reacción ilustra el papel relativamente raro del hidróxido como agente reductor.

La adición de ácido sulfúrico concentrado al permanganato de potasio da Mn2O7. Aunque puede que no se produzca ninguna reacción, el vapor sobre la mezcla encenderá el papel impregnado con alcohol. El permanganato de potasio y el ácido sulfúrico reaccionan para producir algo de ozono, que tiene un alto poder oxidante y oxida rápidamente el alcohol, provocando su combustión. Como la reacción también produce Mn₂O₇ explosivo, esto sólo debe intentarse con mucha precaución.

Descomposición térmica

El permanganato de potasio sólido se descompone cuando se calienta:

${displaystyle {ce {2 KMnO4 - titulada K2MnO4 + MnO2 + O2}}}$

Seguridad y manejo

El permanganato de potasio presenta riesgos como oxidante. El contacto con la piel provocará una mancha marrón duradera.