Гліцерин та марганцівка рівняння реакції. Хімічні способи одержання вогню, у тому числі за допомогою марганцівки

Усього дві краплі гліцерину – і марганцівка змінює свій колір!

Складність:

Небезпека:

Зробіть цей експеримент вдома

Чому розчин спочатку синіє?

Якщо уважно стежити за хамелеоном, ви помітите, що через кілька секунд після додавання гліцерину в розчин він придбає синє забарвлення. Синій колір утворюється при змішуванні фіолетового (від перманганату MnO 4 -) та зеленого (від манганату MnO 4 2-) розчинів. Однак він досить швидко зеленіє - у розчині стає все менше MnO 4 - і більше MnO 4 2-.

Доповнення

Вченим вдалося виявити, в якій формі марганець здатний фарбувати розчин у синій колір. Це відбувається, коли він утворює гіпоманганат-іон MnO 4 3- . Тут марганець перебуває у ступені окислення +5 (Mn +5). Однак MnO 4 3 дуже нестійкий, і для його отримання необхідні особливі умовитому в нашому досвіді його побачити не вийде.

Що відбувається з гліцерином у нашому досвіді?

Гліцерин взаємодіє із перманганатом калію, віддаючи йому свої електрони. Гліцерин взятий у нашій реакції у великому надлишку (його приблизно в 10 разів більше, ніж перманганату калію KMnO4). Сам гліцерин в умовах нашої реакції перетворюється на гліцериновий альдегід, а потім − на гліцеринову кислоту.

Доповнення

Як ми з'ясували, гліцерин C 3 H 5 (OH) 3 окислюється перманганатом калію. Гліцерин – це дуже складна органічна молекула, тому й реакції з його участю часто-густо непрості. Окислення гліцерину – складна реакція, в ході якої утворюється багато різних речовин. Багато хто з них існують зовсім недовго і перетворюються на інші, а деякі можна знайти в розчині і після закінчення реакції. Така ситуація характерна для всієї органічної хіміїв цілому. Зазвичай ті речовини, яких за підсумками хімічної реакції виходить найбільше, називають основними продуктами, інші – побічними.

У нашому випадку основний продукт окислення гліцерину перманганатом калію – це гліцеринова кислота.

Для чого ми додаємо гідроксид кальцію Ca(OH) 2 у розчин KMnO 4 ?

У водному розчинігідроксид кальцію Ca(OH) 2 розпадається на три заряджені частинки (іони):

Ca(OH) 2 → Ca 2+ (розчин) + 2OH - .

У транспорті, магазині, кафе чи шкільному класі– скрізь нас оточують різні люди. І поводимося ми в таких місцях по-різному. Навіть якщо робимо одну й ту саму справу – наприклад, читаємо книгу. В оточенні різних людейми робимо це трохи по-різному: десь повільніше, десь швидше, іноді запам'ятовуємо прочитане добре, а іноді не можемо згадати і рядки вже наступного дня. Так і перманганат калію в оточенні іонів OH - веде себе по-особливому. У гліцерину він забирає електрони "ніжніше", нікуди не поспішаючи. Саме тому ми можемо спостерігати зміну фарбування хамелеону.

Доповнення

А що станеться, якщо не додавати розчину Ca(OH) 2 ?

Коли в розчині є надлишок іонів OH - , такий розчин називають лужним (або кажуть, що він має лужну реакцію). Якщо ж, навпаки, в розчині є надлишок іонів H + такий розчин називають кислим. Чому «навпаки»? Тому що разом іони OH - і H + утворюють молекулу води H 2 O. А якщо іони H + і OH - присутні порівну (тобто ми маємо фактично воду), розчин називають нейтральним.

У кислому розчині активний окислювач KMnO 4 стає украй невихованим, навіть грубим. Він дуже швидко забирає електрони у гліцерину (цілих 5 за раз!), і марганець перетворюється з Mn^+7 (у перманганаті MnO 4 -) в Mn 2+ :

MnO 4 - + 5e - → Mn 2+

Останній (Mn 2+) не надає воді жодного забарвлення. Тому в кислому розчині марганцівка дуже швидко знебарвиться, і хамелеон не вийде.

Схожа ситуація станеться і у разі нейтрального розчину калію перманганату. Тільки ми «втратимо» не всі кольори хамелеону, як у кислому розчині, а лише два – зелений манганат MnO 4 2 – виходити не буде, а отже, синє фарбування теж зникне.

Чи можна зробити хамелеона, використовуючи щось, крім KMnO 4 ?

Можна, можливо! Хамелеон із хрому (Cr) матиме наступне забарвлення:

оранжевий (біхромат Cr 2 O 7 2-) → зелений (Cr 3+) → блакитний (Cr 2+).

Ще один хамелеон – з ванадію (V):

жовтий (VO 3+) → блакитний (VO 2+) → зелений (V 3+) → фіолетовий (V 2+).

Ось тільки змусити розчини сполук хрому або ванадію змінювати свій колір так красиво, як це відбувається у разі марганцю (марганцівки) набагато складніше. Крім того, доведеться постійно додавати нові речовини до суміші. Тому справжній хамелеон – такий, що змінюватиме свій колір «самостійно», – виходить лише з марганцівки.

Доповнення

Марганець Mn, як і хром Cr та ванадій V, – це перехідні метали – велика група хімічних елементів, що володіють цілим набором цікавих властивостей. Одна з особливостей перехідних металів– яскраве та різноманітне забарвлення сполук та їх розчинів.

Наприклад, із розчинів сполук перехідних металів легко отримати хімічну веселку:

Кожен Мисливець Бажає Знати, Де Сидить Фазан:

Червоний (тіоцінат заліза (III) Fe(SCN) 3), залізо Fe;

Помаранчевий (біхромат Cr 2 O 7 2-), хром Cr;

Жовтий (VO 3+), ванадій V;

Зелений (нітрат нікелю, Ni(NO 3) 2), нікель Ni;

Блакитний (сульфат міді, CuSO 4), мідь Cu;

Синій (тетрахлоркобальтат, 2-), кобальт Co;

Фіолетовий (перманганат MnO 4-), марганець Mn.

Розвиток експерименту

Як змінити хамелеона далі?

Чи можна звернути реакцію та знову отримати фіолетовий розчин?

Деякі хімічні реакції можуть протікати як в одному напрямку, так і у протилежному. Такі реакції називають оборотними і, порівняно з загальним числом хімічних реакцій, їх відомо не так вже й багато. Можна звернути реакцію, створивши особливі умови (наприклад, сильне нагрівання реакційної суміші) або додавши якийсь новий реагент. Окислення гліцерину перманганатом калію KMnO 4 не відноситься до реакцій такого типу. Понад те, у межах нашого експерименту звернути цю реакцію неможливо. Тому змусити хамелеона змінювати свій колір у зворотному порядкуу нас не вийде.

Доповнення

Давайте розберемося, чи існує спосіб обернути нашого хамелеона?

Спочатку просте питання: чи може окислений гліцерин (гліцеринова кислота) перетворити діоксид марганцю MnO 2 назад на фіолетову марганцівку KMnO 4 ? Ні не може. Навіть якщо ми йому сильно допомагатимемо (наприклад, гріти розчин). А все тому, що KMnO 4 – сильний окислювач (з цим ми розібралися трохи вище), тоді як гліцеринова кислота має слабкі окисними властивостями. Слабкому окислювачу неймовірно важко щось протиставити сильному!

Чи можна перетворити MnO 2 назад на KMnO 4 , використовуючи інші реагенти? Так можна. Ось тільки для цього вам доведеться працювати у справжній хімічній лабораторії! Один з лабораторних способів одержання KMnO 4 – це взаємодія MnO 2 з хлором Cl 2 у присутності надлишку гідроксиду калію KOH:

2MnO 2 + 3Cl 2 + 8KOH → 2KMnO 4 + 6KCl + 4 H 2 O

Вдома таку реакцію не провести – це й складно. спеціальне обладнання), і небезпечно. Та й сама вона матиме мало спільного з яскравим та красивим хамелеоном із нашого досвіду.

Вулкан Шееле – класичний варіант

Вулкан Шееле - один із найпростіших і видовищних дослідів. Декілька десятиліть тому, коли перманганат калію ("марганцівка") і гліцерин продавалися в будь-якій аптеці, цей експеримент міг зробити кожен школяр - навіть не особливо схильний до проведення хімічних дослідів. У наші дні, коли хімія та хімічна промисловістьфактично поставлені поза законом, дістати перманганат калію вельми проблематично, однак у цій статті ми не стосуватимемося цих обурливих аспектів нашої дійсності.

Отже, схема досвіду дуже проста: на вогнетривку поверхню насипають гірку перманганату калію (зазвичай - кілька грам). У гірці роблять поглиблення – "кратер вулкана" і капають туди кілька крапель гліцерину. Через деякий час (секунди, іноді – хвилини) починається "виверження вулкана". З'являється жовте, біле та синє полум'я, на всі боки летять іскри.

Зазвичай проведення досвіду не викликає труднощів, але все ж таки деякі особливості є. Коли автор уперше вирішив провести цей експеримент (будучи вже немолодим хіміком), його спіткало розчарування: гліцерин нізащо не хотів спалахувати. На вигляд гліцерин був густий, він явно не містив значної кількості води, але досвід не виходив. Запитував у колег: виявляється, у них подібних проблем не виникало. Взяв інший гліцерин – результат не змусив себе чекати: від контакту з перманганатом гліцерин швидко спалахнув. Найімовірніше "поганий" гліцерин містив домішка олії (рідина була жирною на дотик).

Однак більш поширена причина, через яку досвід може не вийти (або вийти, але погано) інша: гліцерин повинен бути безводними або, принаймні, містити менше води.

За кілька років після описаних подій ми вирішили повторити досвід. Гліцерин, який попався під руку, був "рідкуватий": він явно містив чимало води. Перманганат було взято у вигляді великих кристалів. Займання сталося, але "виверження вулкана" довелося чекати кілька хвилин. Перед тим, як суміш спалахнула, рідина скипіла з утворенням білої пари: це випаровувалися вода і гліцерин.

Видалити воду з гліцерину дуже легко: потрібно акуратно його нагріти у відкритій посудині. Спочатку рідина кипить – з неї випаровується вода. Коли кипіння припиняється і починають утворюватися густі білі пари - процедура закінчена: майже вся вода випарувалася. Від контакту з полум'ям пари гліцерину можуть спалахнути. Якщо це станеться, погасіть пальник і накрийте отвір посудини - щоб припинити доступ повітря до гліцерину (для цієї мети підійде шматок фанери, картону або цупкого паперу).

Не надумайте лити в гарячий гліцерин воду! Вода відразу випарується, захоплюючи за собою крапельки гліцерину, які відразу спалахнуть. Ефект, мабуть, буде слабшим, ніж при додаванні води до гарячої олії, але все одно можна сильно постраждати.

Використовуючи хімічні реагенти, можна розвести багаття без сірників та інших засобів розпалювання. Наприклад, відносно нескладно видобути вогонь із цукру та марганцівки, марганцівки та гліцерину – речовин, які найчастіше є в туристичній аптечці.

Сьогодні в Росії та Україні марганцівка заборонена до продажу без рецепта і тому купити її для туристичних цілей складніше, але все ж таки можливо.

Також є й інші способи здобути хімічний вогоньза допомогою різних речовин, про які легко корисно знати. Наприклад:

Перманганат калію сірчана кислота+ етанол. Щоб розпалити вогонь за допомогою марганцівки, на сухий порошок калію перманганату капається кілька крапель концентрованої сірчаної кислоти. Якщо тепер у суміш покласти вату, змочену етиловим спиртом, вата спалахує.
Триоксид хрому + етанол. На вату, змочену етиловим спиртом, насипається трохи триоксиду хрому. У момент контакту реагентів відбувається запалення вати.
Натрій чи калій + вода. При контакті одного з цих металів із водою відбувається бурхлива реакція із займанням.
Хлорат калію + цукор + сірчана кислота. Для отримання вогню цукрова пудра змішується з хлоратом калію, після чого на утворену суміш капають концентровану кислоту. У момент контакту суміші із сірчаною кислотою відбувається загоряння.
Алюміній+йод. Для цього способу знадобиться провести хімічний досвідіз кристалічним йодом. Його змішують з алюмінієвою пудрою і готову суміш додають трохи води - через нетривалий час суміш спалахує.

Насправді існує набагато більше способіврозвести вогонь за допомогою хімічних реагентів, але майже жоден з них не підходить для туриста, який опинився в аварійної ситуації, адже більшість реагентів не те, що в поході, а й у населеному пунктіне завжди можна купити.

Хлорат калію запалюється при контакті із сірчаною кислотою та цукром, але спробуйте купити його. Тим більше, зізнайтеся: носитимете ви його в рюкзаку разом із сірчаною кислотою?

Вважається навіть, що вогонь можна розвести за допомогою перекису водню. Це, однак, не так: насправді ця реакція не спричиняє горіння, але може його підтримати. Так, якщо до перекису водню додати марганцівку, то почнеться бурхливе виділення кисню. А в середовищі кисню, як відомо, навіть тліюча лучина миттєво спалахує.

У разі ж виживання не бачу сенсу в такий спосіб використовувати перекис водню: буде більше толку, якщо його пустити за прямим призначенням, тобто з метою знезараження ран і подряпин.

Мені відома лише пара хімічних способів розведення вогню без сірників та інших пристосувань для розпалювання, які можуть бути реалізовані в дикій природі, наприклад, у лісі, з загальнодоступними реагентами, що зустрічаються в аптечці туриста. Це способи з використанням сумішей марганцівка+гліцерин та марганцівка+цукор.

Дані способи засновані на тому, що калію перманганат при нагріванні (у нашому випадку від тертя), а іноді і при кімнатній температуріактивно взаємодіє з різними органічними речовинами, наприклад, зі згаданими гліцерином та цукром.

Розведення вогню марганцівкою з гліцерином

Перманганат калію та гліцерин можна зберігати у похідній аптечці. Перманганат калію зазвичай беруть для приготування антисептичних розчинів, а гліцерин – для різних косметичних та деяких інших медичних процедур.

Гліцерин для розпалювання вогню повинен бути безводним або принаймні містити мінімальна кількістьводи.

На замітку

Перманганат калію (він же - марганцівка) в РФ та Україні був визнаний прекурсором та внесений до списку наркотичних речовин. Тим не менш, в деяких аптеках його, як і раніше, можна придбати, щоправда, у невеликій кількості і за чималою ціною.

Щоб отримати вогонь цим методом, необхідно на перманганат калію капнути кілька крапель гліцерину. Через деякий час суміш прореагує з виділенням диму, а потім загориться. Виглядає це так:

Заходи безпеки при використанні цього методу:

Уникати попадання марганцівки на шкіру, слизові (можливі опіки) та на одяг (можуть залишитися плями).
Чи не гасити такий вогонь водою. Попадання води сприяє розбризкуванню суміші.
Видобувати вогонь таким шляхом слід на відкритому повітрі, оскільки перегрівання гліцерину сприяє виділенню акролеїну – отруйної речовини 1-го класу небезпеки. Те саме речовина виділяється при підгоранні жиру при приготуванні їжі.

На замітку

До речі, про негативний впливакролеїну на людський організмговорить і той факт, що під час Першої світової війни він використовувався як хімічна зброя.

Розведення вогню марганцівкою із цукром

Цей спосіб, як на мене, більш універсальний для туристів, ніж попередній, тому що на відміну від гліцерину, цукор із собою бере більшість любителів активного відпочинкуу дикій природі. Хоча насправді можна обійтися зовсім без цукру, використовуючи тільки марганцівку, але ми розглянемо найбільш відомий у народі варіант.

На замітку

Перманганат калію найчастіше називають марганцем, хоча це некоректно, оскільки це два різних речовин. Перше – сіль темно-фіолетового кольору, а друге – метал сріблясто-білого кольору. Марганцівка - коректніша назва перманганату калію.

Алгоритм отримання вогню даним способом наступний:

Береться легкозаймистий трут, наприклад, вата або суха трава.
З сухої, але міцної гілки робиться невелика паличка та загострюється на кінці.
У колоді або дерев'яній дошці вирізується невелике заглиблення по діаметру поперечного перерізузаготовленої палички.
Вістря палички поміщається в поглиблення і притирається.
Марганцівка змішується з цукром у пропорції 9:1 і поміщається у поглиблення.
Суміш притискається паличкою до дна поглиблення, а над ним по периметру розташовується трут.
Розтирання суміші марганцівки з цукром дає спалах, що призводить до займання трута. Але, як уже було сказано, використання цукру у цьому способі не обов'язково: краще залишити його для гастрономічних цілей.

УВАГА! Заготовляти заздалегідь і зберігати готові суміші з марганцівкою неприпустимо: такі суміші завдяки сильним окислювальним здібностям калію перманганату можуть самозайматися або вибухати. Не носіть у рюкзаку вже змішані марганцівкуі цукор - таке розпалювання можна готувати тільки безпосередньо перед розведенням багаття.

При використанні даного методувидобутку вогню без сірників слід пам'ятати, що під час спалаху надлишки перманганату калію можуть розлітатися в сторони, потрапляючи на людину та її одяг.

Якщо під руками є лише марганцівка без цукру, вогонь можна розвести так, як показано на відео нижче:

Взагалі перманганат калію в поході - річ необхідна, причому не тільки для розведення багаття. Його можна використовувати для знезараження води, лікування отруєння деякими алкалоїдами, для промивання ран і, як можемо переконатися, для видобутку вогню. Тому має сенс придбати марганцівку та носити її не лише в аптечці, а й у НАЗі. Я, наприклад, ношу невелику кількість марганцівки у своєму браслеті з репшнуру: там вона запаяна в герметичний гнучкий контейнер і перебуває між переплетеннями шнура.