Zostań w domu, zamów taniej!
Nie wychodź z domu i zamów online swoje ulubione pisma 20% taniej. Skorzystaj z kodu rabatowego: czytajwdomu

Chemiczny kameleon

Chemiczny kameleon
e-suplement
Związki manganu charakteryzują się różnorodnymi barwami. Z łatwością przechodzą także pomiędzy licznymi stopniami utlenienia tego pierwiastka (od II do VII). Takie zachowanie przypomina tytułową tropikalną jaszczurkę. Jeden ze związków manganu jest powszechnie dostępny (a i pozostałe odczynniki również łatwo zdobyć) – nic zatem nie stoi na przeszkodzie, aby w domowym laboratorium zobaczyć barwy „chemicznego kameleona”.

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):

wzor_1

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):

wzor_2

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):

wzor_3

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):

wzor_4

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):

wzor_5

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

wzor_6

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”.

Przeczytaj także
Magazyn