Chemiczny kameleon

W pierwszym eksperymencie otrzymamy kilka połączeń manganu na różnych stopniach utlenienia. Potrzebnym odczynnikiem będzie nadmanganian potasu KMnO₄, który w postaci fioletowoczarnych kryształów jest popularnym środkiem służącym do dezynfekcji. Roztwór tego związku ma kolor fioletoworóżowy, barwa jest bardzo intensywna i pojawia się nawet wtedy, gdy w dużej ilości wody rozpuścimy tylko kilka kryształów. Inne odczynniki do prób to: kwas siarkowy(VI) H₂SO₄, wodorotlenek sodu NaOH i siarczan(IV) sodu Na₂SO₃.

W probówce umieszczamy rozcieńczony roztwór KMnO₄ zakwaszony niewielką ilością roztworu H₂SO₄ (fotografia 1). Dodanie roztworu Na₂SO₃ powoduje szybkie odbarwienie fioletoworóżowej zawartości probówki (fotografia 2). W reakcji tworzą się jony manganu(II):

W niewielkim stężeniu nie zabarwiają one roztworu, zaś gdy są obecne w większej ilości – nadają mu bladoróżowy kolor.

Do probówki wlewamy rozcieńczony roztwór KMnO₄ i dodajemy niewielką ilość roztworu Na₂SO₃. Po reakcji zawartość probówki pozostaje zabarwiona na żółtobrunatno (fotografia 3). Jest to efekt wytrącania rozdrobnionego osadu tlenku manganu(IV):

Wkrótce osad zbija się w ciemnobrunatne kłębki (fotografia 4).

Rozcieńczony roztwór KMnO₄ alkalizujemy niewielką ilością roztworu NaOH, a następnie dodajemy roztwór Na₂SO₃. Tym razem mieszanina zmienia barwę na ciemnozieloną (fotografia 5), pochodzącą od utworzonego związku manganu(VI):

Do probówki nalewamy roztwór siarczanu(VI) manganu(II) MnSO₄ (gdy nie mamy tej soli, można użyć roztworu otrzymanego w pierwszej części doświadczenia) oraz stężony roztwór H₂SO₄. Podczas dodawania kwasu zachowajmy ostrożność, wlewając go powoli po ściankach probówki. Po wymieszaniu zawartości dodajemy niewielką ilość roztworu KMnO₄, co powoduje powstanie czerwonobrunatnego zabarwienia (fotografia 6). Dowodem, że nie pochodzi ono od jonów , jest porównanie z barwą roztworu nadmanganianu (fotografia 7). Za efekt odpowiada powstawanie jonów manganu(III):

Na zakończenie otrzymamy jeszcze jeden związek manganu. W tym celu do próbówki wlewamy stężony roztwór NaOH i dodajemy roztwór KMnO₄. Zawartość zmienia barwę na ciemnozieloną, pochodzącą od tworzącego się w tych warunkach związku manganu(VI):

Dodanie roztworu Na₂SO₃ powoduje zmianę zabarwienia zawartości probówki na lazurową. Za efekt odpowiada powstawanie związku manganu(V):

Związki manganu w roztworach mają zatem następujące barwy:

Mn(II) – bladoróżowe, w mniejszym stężeniu roztwór jest bezbarwny

Mn(III) – czerwonobrunatne

Mn(IV) – brunatne

Mn(V) – lazurowe

Mn(VI) – ciemnozielone

Mn(VII) – fioletoworóżowe

Drugie doświadczenie pozwoli zaobserwować zmiany barw związków manganu w jednym roztworze. Potrzebnymi odczynnikami są nadmanganian potasu KMnO₄, wodorotlenek sodu NaOH oraz cukier. Do kolby nalewamy 50 cm³ wody i rozpuszczamy w niej 0,5 g NaOH oraz 0,1 g KMnO₄. Osobno przyrządzamy roztwór składający się z połowy łyżeczki cukru rozpuszczonego w 30 cm³ wody, a następnie wlewamy go do kolby (fotografia 9). Wkrótce zawartość naczynia zmienia barwę: z fioletoworóżowej na granatową (fotografia 10), następnie zieloną (fotografia 11), aż w końcu pojawia się żółtawe zabarwienie (fotografia 12), po kilku minutach przechodzące w żółtopomarańczowe (fotografia 13).

Za zmianę barw odpowiadają produkty stopniowej redukcji KMnO₄ w zasadowym środowisku reakcji (utleniana jest sacharoza – cukier spożywczy). Kolor fioletoworóżowy to barwa anionów nadmanganianowych. Granat jest barwą pośrednią wynikającą z rosnącej ilości anionów manganianowych(VI), które z kolei mają barwę zieloną. Końcowe kolory – żółty i żółtopomarańczowy – są efektem powstawania związków manganu(IV). Mają one co prawda brunatne zabarwienie, ale w roztworze znajdują się w stanie dużego rozdrobnienia, powodując wrażenie żółtawej barwy zawartości kolby.

Obejrzyjcie filmy:

Po wykonaniu doświadczeń każdy z pewnością się zgodzi z tym, że mangan to prawdziwy „chemiczny kameleon”.