Марганец қосылыстарының ТТР–лары

Сіздер білетіндей, ТТР қышқылды, бейтарап, сілтілі орталарда тотықтырғыштармен тотықсыздандырғыштар жиі, сол бір реакциялардың бірдей заттарын түзумен өтеді. Әртүрлі жағдайларда түзілетін марганецтің тотығу – тотықсыздану қасиеттерінің қосылыстарын кеңінен қарастырамыз.

ТТР өткізу кезінде ерітіндіде қышқылды орта түзу үшін, көбінесе серная қышқылы қолданылады. Азот қышқылы өте сирек қолданылады, себебі, оның өзі күшті тотықтырғыш болып саналады; тұзды, бромдысутектік және иодтысутекті қышқылдар тотықтыру қабілеттілігі болғандықтан қолданылмайды.

Сілтілі орта ерітіндіге натрий немесе калий гидроксидтарын қосқан кезде түзіледі.

Марганецқа өзі түзілетін тотығудың барлық байланысу дәрежесі белгілі: нөлден бастап +VII дейін. Ерітінділерде өтетін ТТР–ды көбінесе марганец тотығуының +II, +IV, +VII дәрежесінде жиі және сирек +VI кездеседі.

Теңдеуден күкірт қышқылының реакцияға түскенін көруге болады, бірақ тапсырма бойынша ол реакцияға түсуі керек еді, керісінше реакция процесінде бөлініп, орта түзілуі ретінде ерітіндіге қосылған. Бұл ереже емес, тек шығару болып табылады. Оған келесі мысалда көз жеткіземіз:

Теңдеу реакциясы құрамында, ерітіндіде азот қышқылын қосуымен калий перманганаты ерітіндісі бар.

K⁺, MnO₄⁺, HNO₂, H₃O⁺, SO₄^2-, H₂O

3 – 5. Азот қышқылы – әлсіз қышқыл болғандықтан, негізінде ерітіндіде молекула түрінде кездеседі. Ол күшті қышқылдарды қосқан кезде тез тотығады. Сол себептен де тотығу дәрежесі төзімділігі деңгейіне дейін көтеріледі, яғни +V дейін (газды фазада төзімді диоксид азоты пропорционаланады). Жалғыз бөлігі, атом азоты және төзімді су ерітіндісі бар – ион – нитраты.

2MnO₄ + 8H₃O + 5e = Mn²⁺ + 12H₂O

5HNO₂ + 4H₂O – 2e = NO₃^- + 3H₃O

6. Ионды теңдеу.

2MnO₄ + H₃O + 5HNO₃ = 2Mn²⁺ + 4H₂O + 5NO₃^-

7. Иондық теңдеуден молярлық жағдайға жеткізу үшін, бірінші көбейту керек, себебі күкірт қышқылының 1 молекуласы 2 ион түзеді.

4MnO₄ + H₂SO₄ + 10HNO₂ = MnSO₄ + 3Mn(NO3)₂ + 6H₂O + 4KNO₃

Бұл теңдеуді басқаша жазуға болады:

4MnO₄ + H₂SO₄ + 10HNO₂ = 4Mn(NO3)₂ + 6H₂O + 2KNO₃ + K₂SO₄

Екі теңдеуде дұрыс, себебі дұрыс үрдісті көрсетеді. Судағы кристалдануды алған 4 тұзды түзеді. (MnSO₄, Mn(NO₃)₂, K₂SO₄, KNO₃) ерітіндіде анықталады, кез келген теңдеуде бірдей емес.

Теңдеу реакциясын құрыңыз, калий перманганатын аммиакпен қосылу ағымы бойынша:

K⁺, MnO₄, NH₃, H₂O

Аммиак әлсіз негіз, сондықтан су ерітінді ортасында әлсіз сілтілі, калий перманганаты қайта қалпына келу жағдайында марганец диоксидіне айналады, ерітіндіде қалдығын түзеді.

Нейтралды және сілтілі ортада оксония ионын аз болады, сондықтан да, «артық» атом қышқылын байланыстыру үшін, әрбір су молекуласы, атом қышқылының 1 байланысын, 2 ион гидроксидіне айналады.

Аммиак қандай жағдайда азотқа дейін тотығады (төзімді деңгейі – нөл).

6MnO₄ + 2H₂O + 3e = MnO₂ + 4OH

2NH₃ + 6H₂O – 6e = N₂ + 6H₃O

2MnO₄ + 10H₂O + 2NH₃ = 2MnO₂ + 8OH + N₂↑ + 6H₃O⁺

Бірінші жарты реакциядан ион – гидроксиді түзіледі, ал басқасынан сутек ионы түзіледі, ол бейтарап ортаға (немесе оған жақын) тән, ионды теңдеуді есептер алдында, иондар сутегі ерітіндісінде болуы мүмкін емес екенін ескеру керек (бейтараптау реакциясы жүреді).

2MnO₄ + 4H₂O + 2NH₃ = 2MnO₂ + 2OH + N₂ + 6H₂O

Ұқсас мүшелерді келтіруден кейін ионды теңдеу аламыз:

2MnO₄ + 2NH₃ = 2MnO₂ + 2OH + N₂↑ + 6H₂O

2KMnO₄ + 2NH₃ = 2MnO₂ + 2KOH + N₂↑ + 2H₂O

Калий перманганаты мен калий сульфаты, сонымен қатар калий гидроксиді бар теңдеу реакциясые құру.

K⁺ MnO₄, SO₂^2-, OH^-, H₂O

MnO₄ + e = MnO₄^2-

SO₃^2- + 2OH – 2e = SO₄^2- + H₂O

2MnO₄ + SO₃^2- + 2OH^- = 2MnO₄^2- + SO₄ + H₂O

2KMnO₄ + K₂SO₃ + 2KOH = 2K₂MnO₄ + K₂SO₄ + H₂O

Сілтілі ортада қышқыл атомның жетпеу көзі болып тек 2 ион гидроксиді болуы мүмкін, су молекуласы немесе 1 ион гидроксидін пайдалану кезінде оксония ионы түзіледі, ал сілтілі ортада болуы мүмкін емес.

Марганец диоксиді сілтілі ортада күшті тотығу болады, мысалы: ион – хлоридін тотықтырмайды, ион – нитраты ион – нитратына дейін, ион – иодиді иодқа дейін және т.б.

Марганец диоксиді, калий перманганатының марганец тұзды ерітіндісіне әсер етуінен түзіледі.

2MnO₄ + 3Mn²⁺ + 6H₂O = 5MnO₂ + 4H₃O

Және де күшті негізді ерітінділердегі күштісі калий манганаты K₂MnO₄ аздап тотыққанда және сумен қосқанда диспропорциоланады:

3MnO₄^2- + 2H₂O = 2MnO₄^- + MnO₂ + 4OH^-

Өте күшті тотықтырғыш боп марганец (VII) оксиді болып табылады. Бұл қышқылды оксид (қ.ж. сұйықтық) сумен тез реакцияға түседі

Mn₂O₇ + H₂O = 2HMnO₄

Және оны ауадан жұтады. Ол MnO₂ – ге дейін өзі тотықсызданып, аммиакты (N₂ дейін), күкіртті сутекті (SO₂ дейін), сульфидтерді (сульфидтерге дейін), көміртек монооксидін және органикалық заттарды (CO₂ – дейін) тотықтырады.