Struktura i charakterystyka KMnO4 (13 ważnych faktów)

KMnO₄ lub do miareczkowania redoks stosuje się nadmanganian potasu o masie cząsteczkowej 158.034 g/mol. Porozmawiajmy o KMnO₄ szczegółowo.

KMnO₄ jest silnym utleniaczem, łatwo ulega utlenieniu przez wiele gatunków i ulega samoredukcji poprzez przeniesienie elektronów. Część przeciwanionowa jest również silnym środkiem utleniającym, Mn jest przyłączony przez cztery atomy O w ugrupowaniu tetraedrycznym. Jest to rombowy kryształ o fioletowo-czarniawym kolorze.

KMnO₄ stosowany jest głównie w miareczkowaniu kwasu szczawiowego jako a własny wskaźnik, ponieważ zawiera cechy koloru różowego. Teraz w tym artykule musimy poznać hybrydyzację, strukturę Lewisa, kąt wiązania, polaryzację i kwasowość KMnO₄ z odpowiednim wyjaśnieniem.

1. Jak narysować KMnO₄ Struktura?

Struktura Lewisa dowolnej cząsteczki może przewidzieć kształt cząsteczki i policzyć elektrony walencyjne. Teraz uczymy się rysować strukturę Lewisa KMnO₄ w kilku krokach.

Zliczanie całkowitych elektronów walencyjnych

1^st krok polega na zliczeniu całkowitej liczby elektronów walencyjnych dla dowolnej cząsteczki podczas rysowania jej struktury Lewisa. Całkowita liczba elektronów walencyjnych dla KMnO₄ są 32, w tym elektrony walencyjne czterech atomów O i odpowiednio jeden atom K i Mn. Po prostu dodajemy je do siebie.

Wybór centralnego atomu

Bardzo ważnym krokiem w rysowaniu struktury Lewisa cząsteczki jest wybór atomów centralnych spośród wszystkich atomów. Mn jest wybrany jako centralny atom dla KMnO₄. Ponieważ ma większy rozmiar, a także jest atomem elektrododatnim, więc może pomieścić wszystkie otaczające go atomy składowe.

Zaspokojenie oktetu

 W każdej cząsteczce musimy sprawdzić oktet każdego atomu. W KmnO₄, Mn uzupełnił swój oktet, tworząc wiązania z O poprzez współdzielenie elektronów. Każdy atom O tworzy dwa wiązania z Mn, dzieląc dwa elektrony i kończąc swój oktet. Nawet s element blokowy K również dzieli swój elektron z O, aby uzupełnić swój oktet.

Zaspokojenie wartościowości

Podczas tworzenia wiązania w celu uzupełnienia oktetu, każdy atom powinien być usatysfakcjonowany jego stabilną wartościowością. Mn ma stabilną wartościowość wynoszącą 7 i tworzy siedem wiązań z czterema atomami O. O tworzy dwa wiązania, aby zaspokoić swoją dwuwartościowość, a K tworzy tylko jedno wiązanie, ponieważ jest stabilne dzięki swojej jednowartościowości.

Przypisz samotne pary

Po utworzeniu wymaganego wiązania między atomem niektórzy mają więcej nadmiaru elektronów w powłoce walencyjnej. Elektrony te istnieją jako samotne pary nad tym konkretnym atomem i uczestniczą w innych dodatkowych reakcjach. W KMnO₄ cząsteczka, tylko każdy O zawiera dwie pary samotnych par.

2. KMnO₄ struktura elektronów walencyjnych

Elektrony obecne na skrajnych orbitach atomów nazywane są elektronami walencyjnymi, które biorą udział w tworzeniu wiązań z innymi. Teraz policz elektrony walencyjne KMnO₄.

Całkowita liczba elektronów walencyjnych dla KMnO₄ cząsteczka ma 32, a dla K, Mn i czterech atomów O elektrony walencyjne razem mają tę samą liczbę, więc możemy powiedzieć, że elektrony walencyjne cząsteczki są sumą elektronów walencyjnych każdego atomu obecnego w tej cząsteczce.

• Elektrony walencyjne dla K to 1 (należy do grupy IA)
• Elektrony walencyjne dla Mn wynoszą 7 (należą do elementu bloku d)
• Elektrony walencyjne dla każdego atomu O to 6 (należą do grupy VIA)
• Teraz całkowite elektrony walencyjne dla KMnO₄ są 1+7+ (4*6) = 32

3. KMnO₄ struktury samotne pary

Pojedyncze pary uczestniczą w dodatkowej reakcji, ale nie w tworzeniu wiązań obecnych w elektronach walencyjnych. Policzmy całkowite samotne pary KMnO₄.

W KMnO . występuje łącznie 8 par samotnych par₄. Wszystkie samotne pary pochodzą tylko ze strony O. O zawiera sześć elektronów walencyjnych, a wśród nich tylko dwa są używane do tworzenia wiązań, więc pozostałe cztery elektrony istnieją jako samotne pary nad O. K i Mn mają tutaj zero samotnych par.

• samotne pary oblicza się ze wzoru, samotne pary = liczba elektronów obecnych na orbicie walencyjnej – liczba elektronów biorących udział w tworzeniu wiązania.
• Samotne pary nad Mn to 7-7 = 0
• Samotne pary nad K to 1-1 = 0
• Wolne pary nad każdym atomem O to 6-2 = 4
• Tak więc całkowita liczba samotnych par obecnych nad KMnO₄, gdzie obecne są cztery atomy O, 4*2 = 8 par lub 16 samotnych par elektronów.

4. KMnO₄ kształt struktury

O kształcie cząsteczki decyduje odpowiednia orientacja centralnego atomu, a otaczające ją atomy unikają odpychania. Przewidujmy kształt KMnO₄.

Kształt cząsteczki dla KMnO₄ jest czworościenną, którą można przedstawić w poniższej tabeli.

Teoria VSEPR (Valence Shell Electrons Pair Repulsion) decyduje o geometrii cząsteczki. Siekiera₄ typ cząsteczki ma geometrię czworościenną lub planer kwadratowy. Jednak w geometrii czworościennej występuje mniejsze odpychanie steryczne niż w przypadku planera kwadratowego, ponieważ ich kąt wiązania jest wyższy.

5. KMnO₄ kąt struktury

Kąt wiązania jest tworzony przez składowe atomy poprzez odpowiednią ich orientację w przyjętej geometrii. Obliczmy kąt wiązania dla KMnO₄.

Idealny kąt wiązania dla KMnO₄ czworościenna cząsteczka to 109.5⁰ zgodnie z teorią VSEPR, dla kąta wiązania tetrakoordynowana cząsteczka istnieje bez sterycznego odpychania, w przeciwnym razie nastąpi wiele sterycznych stłoczeń. Aby uniknąć sterycznego odpychania, czworościenna cząsteczka tworzy ten kąt wiązania.

• możemy również obliczyć wartość kąta wiązania przez wartość hybrydyzacji centralnego atomu.
• Wzór na kąt wiązania zgodnie z regułą Benta to COSθ = s/(s-1).
• Centralnym atomem Mn jest sd³ zhybrydyzowany, więc znak s tutaj wynosi 1/4^rd
• Zatem kąt wiązania to COSθ = {(1/4)} / {(1/4)-1} =-( 1/3)
• Θ = KOS^-1(-1/3) = 109.5⁰

6. KMnO₄ Struktura hybrydyzacja

Orbital d Mn i orbital p O nie są kompatybilne z wiązaniem, więc przechodzą hybrydyzację w celu prawidłowego wiązania. Zobaczmy hybrydyzację KMnO₄.

Centralny atom Mn w KMnO₄ jest sd³ zhybrydyzowany, co potwierdza poniższa tabela,

• Teraz możemy obliczyć hybrydyzację Mn ze wzoru, H = 0.5(V+M-C+A),
• Zatem hybrydyzacja centralnego Mn wynosi ½(4+4+0+0) = 8 (sd³)
• W hybrydyzacji zaangażowane są jeden orbital s i trzy orbitale d Mn.
• Hybrydyzacja nie obejmuje par wiązania podwójnego i pojedynczych.
• Wartość kąta wiązania również potwierdziła wartość hybrydyzacji Mn.

7. KMnO₄ rozpuszczalność

Rozpuszczalność KMnO4 zależy od energii dysocjacji wiązania między Mn i podwójnie związanymi atomami O. Sprawdźmy, czy jest rozpuszczalny w wodzie, czy nie.

KMnO₄ jest rozpuszczalny w wodzie, ponieważ może być podatny na hydrolizę poprzez zerwanie podwójnego wiązania Mn i O. d_π -p_π wiązania między O i Mn nie są tak silne, że mogą zostać zerwane przez energię hydratacji i zdysocjować na cząsteczkę wody. Ale rozpuszczalność KMnO₄ nie jest tak wysoko w wodzie.

Oprócz wody może być rozpuszczalny w,

• Silny kwas nieorganiczny, taki jak HCl,
• Organiczna niepolarna cząsteczka, taka jak CCl₄ itd.

8. Czy KMnO₄ stały czy płynny?

Stan fizyczny KMnO₄ zależy od siły wiązania i składowych atomów obecnych w nim w określonej temperaturze. Zobaczmy, czy jest solidny, czy nie.

KMnO₄ jest stałą cząsteczką, wygląda jak fioletowo-czarna cząsteczka krystaliczna, ponieważ w cząsteczce znajdują się trzy podwójne wiązania, dzięki czemu cząsteczka jest bardzo silna i twarda. Ponadto jego struktura sieciowa zawiera kryształ rombowy, który jest bardzo silny z natury, więc istnieje jako ciało stałe.

Chociaż jest stały, jego energia hydratacji jest większa niż entalpia wiązania i można ją upłynnić w wyższej temperaturze.

9. Czy KMnO₄ polarny czy niepolarny?

Polaryzacja KMnO₄ zależy od struktury, jaką przyjmie, a także od różnicy elektroujemności między Mn i O. Zobaczmy, czy jest polarny, czy nie.

KMnO4 jest cząsteczką polarną, ponieważ przyjmuje asymetryczną geometrię czworościenną wokół centralnego Mn. Z tego powodu moment dipolowy między O a Mn nie znosi się i istnieje pewien wypadkowy moment dipolowy, który będzie obecny. Zaobserwowano również różnicę elektroujemności między O i Mn.

 Kąt wiązania również odgrywa tu istotną rolę w polaryzacji cząsteczki. Dzięki temu kąt wiązania i różnica elektroujemna sprawiają, że cząsteczka jest polarna.

10. Czy KMnO₄ kwas czy zasada czy sól?

Aby stała cząsteczka mogła sprawdzić swoją kwasowość, musimy ją rozpuścić w wodzie, a następnie sprawdzić pH roztworu. Zobaczmy, czy KMnO₄ jest kwaśny, czy nie.

Wodny roztwór KMnO₄ nie jest kwaśny ani zasadowy, jest obojętny, ponieważ nie ma kwaśnego protonu ani zasadowego OH^- nieobecny w cząsteczce, gdy jest zjonizowany, po prostu powstaje jon nadmanganianowy wraz z kationem potasu. Oba jony mają charakter neutralny ze względu na kwasowość. Jest to więc sól neutralna.

Może zachowywać się jak sól, a nie kwas lub zasada, ale w roztworze nadal ma charakter obojętny.

11. Czy KMnO₄ elektrolit?

Charakter substancji, gdy pokazuje elektrolity zdysocjowane na jony przenoszące prąd przez roztwór. Zobaczmy, czy KMnO₄ jest elektrolitem, czy nie.

KMnO₄ jest silnym elektrolitem, ponieważ można go zdysocjować na dwa wysoce przewodzące jony, z których jeden to K⁺ a drugi to nadmanganian. Jony nadmanganianowe są bardziej stabilne i silnie przewodzące ze względu na ich charakter rezonansowy. K⁺ ma większą mobilność i wyższą gęstość ładowania, aby bardzo szybko przenosić energię elektryczną.

12. Czy KMnO₄ jonowy czy kowalencyjny?

Charakter wiązania KMnO₄ zależy od współdzielenia elektronów i zasady polaryzowalności Fajana. Zobaczmy, czy jest jonowy czy kowalencyjny.

KMnO₄ jest cząsteczką kowalencyjną, ponieważ wiązanie między nimi powstaje w wyniku hybrydyzacji centralnego atomu Mn, a także współdzieli elektrony w wyniku hybrydyzacji orbitali d i s. Ale wiązanie utworzone przez O i K przez oddziaływanie jonowe i oddziaływanie jest bardzo silne.

Z drugiej strony, ze względu na polaryzowalność reguły, zawiera ona również około % cech jonowych i będzie oddziaływać jonowo obecny jon potasu i jon nadmanganianu.

13. Czy KMnO₄ związek nieorganiczny?

Cząsteczka jest nieorganiczna, zależy od tego, które atomy są obecne w cząsteczce, czy jest to C, czy inne pierwiastki. Zobaczmy, czy KMnO₄ jest nieorganiczny, czy nie.

KMnO₄ jest czystym związkiem nieorganicznym, ponieważ składa się tylko z atomów K, Mn i O, w cząsteczce nie ma części węglowodorowej. Część węglowodorowa składa się tylko z atomów C i H i żaden inny pierwiastek nie będzie obecny, ale w przeciwieństwie do KMnO₄ jest jeszcze inny pierwiastek oprócz C i H.

Nie zawsze cząsteczka organiczna zawiera tylko C i H, zawiera O, N, S i halogen jako heteroatomy, ale musi istnieć część węglowodorowa, w której C i H tworzą bezpośrednie wiązanie.

Wnioski

Nadmanganian potasu jest silnym środkiem utleniającym i może być utleniany z dużą funkcjonalnością organiczną, z tego powodu może być stosowany w wielu syntezach organicznych. Jest stosowany w chemii analitycznej jako redox miareczkowanie oraz oznaczenie mocy kwasu szczawiowego KMnO₄ jest używany i działa tutaj jako samowskaźnik.

Przeczytaj więcej o następującej strukturze i cechach

Biswarup Chandra Dey

Cześć… Nazywam się Biswarup Chandra Dey i ukończyłem studia magisterskie z chemii na Uniwersytecie Centralnym w Pendżabie. Moją specjalizacją jest Chemia Nieorganiczna. Chemia to nie tylko czytanie linijka po linijce i zapamiętywanie, to koncepcja, którą można łatwo zrozumieć i tutaj dzielę się z Wami koncepcją chemii, której się uczę, bo warto się nią dzielić.