Марганат калия (10294-64-1) Физические и химические свойства

Химический профиль

Марганат калия

Неорганическое окисляющее соль, представленное в виде темно-зеленого кристаллического твердого вещества, промышленно используется в качестве промежуточного продукта при производстве перманганата калия и для контролируемых стадий окисления.

Номер CAS	10294-64-1
Химическая группа	Марганаты (неорганические соли)
Типичная форма	Темно-зеленое кристаллическое твердое вещество
Распространённые фармакопейные стандарты	EP

Применяется преимущественно как промышленный окислитель и промежуточный продукт переработки (особенно в производстве перманганата калия), является объектом интереса для подразделений закупок, формуляций и НИОКР в задачах синтеза партиями и окислительной химии; отдел контроля качества должен подтверждать соответствие по чистоте и влажности. Хранение и обращение осуществляются так же, как и с другими неорганическими окисляющими солями, с целью избегать контакт с несовместимыми органическими веществами и сохранять целостность продукта в производственных и лабораторных условиях.

Марганат калия — это неорганическая ионная соль, состоящая из калиевых катионов и тетравалентного марганат-аниона; стехиометрическая формула \(\ce{K2MnO4}\). По структуре содержит центральный атом марганца в степени окисления +6, координированный четырьмя оксидными лигандами, образующими тетраоксо-марганат(6−) фрагмент, часто обозначаемый как анион \(\ce{MnO4^2-}\), связанный с двумя катионами \(\ce{K+}\). Твердое вещество обычно представляет собой темно-зеленый кристаллический или порошкообразный материал, что соответствует расширенным ионным решёткам и сильной множественной связи Mn–O в анионном комплексе.

С электронной точки зрения марганатный анион является относительно окисляющим и поддерживает редокс-взаимопревращения с другими оксианионами марганца; стабилизируется в сильнощелочных средах и подвергается диспропорционированию или дальнейшему окислению в кислых или окисляющих условиях. Как неорганическая соль, он имеет полярный и ионный характер, что обеспечивает хорошую сольватацию в полярных протических растворителях; однако поведение растворов определяется в основном редокс- и гидролитической реактивностью, а не простыми термодинамическими параметрами растворения. Промышленное значение состоит прежде всего в использовании в качестве промежуточного окислителя при производстве марганцевых реагентов с более высокой степенью окисления и в качестве технического окислителя в химических процессах.

Распространённые коммерческие сорта для этого вещества включают: EP.

Основные физические свойства

Плотность

Экспериментально установленное значение этого параметра на данный момент отсутствует в доступных данных.

Температура плавления или разложения

Экспериментально установленное значение этого параметра на данный момент отсутствует в доступных данных.

Растворимость в воде

Экспериментально установленное числовое значение растворимости в доступных данных отсутствует. Качественно, соединение является ионным и ожидаемо растворяется в полярных растворителях; практическое обращение с водными растворами осложнено химической реактивностью марганат-аниона в воде. Растворы марганата устойчивы в сильнощелочных условиях, но при понижении pH или контакте с восстановительными или протон-донорными средами подвергаются гидролизу и редокс-превращениям (включая диспропорционирование в другие оксианионы марганца и/или образование оксидов марганца). При разработке технологических процессов протоколы растворения должны учитывать как желаемую концентрацию, так и pH/окно стабильности для \(\ce{MnO4^2-}\) вида.

pH раствора (качественное поведение)

Единого числового значения pH раствора в доступных данных нет. Качественно, водные растворы \(\ce{K2MnO4}\) характерно щелочные, поскольку марганат-анион ведёт себя как основание по отношению к своим сопряжённым кислотам (марганистые кислоты, такие как \(\ce{H2MnO4}\), обозначаются в номенклатуре). Анион наиболее стабилен в сильнощелочных растворах; кислотность смещает равновесия в сторону диспропорционирования и образования марганцевых соединений с более низкой или более высокой степенью окисления (например, преобразование в перманганат-подобные или оксидные продукты), что сопровождается изменениями цвета и окислительной активности.

Химические свойства

Кислотно-основное поведение

Марганат-анион \(\ce{MnO4^2-}\) проявляет себя как основание по отношению к протонированным марганцевым окси-кислотам (синонимичные названия включают марганистую кислоту, \(\ce{H2MnO4}\), при описании солей). В сильнощелочных средах анион остаётся преобладающим видом; при подкислении происходят протонирование и редокс-реакции, изменяющие распределение степеней окисления марганца. Эти процессы зависят от pH и могут протекать быстро в сильно кислой среде, приводя к преобразованиям в различные марганцевые оксианионы и образованию осадков оксидов марганца при переработке или утилизации. Контроль pH критически важен для поддержания требуемой химической формы в растворе.

Реакционная способность и стабильность

Марганат калия является окислителем и может усиливать или инициировать горение при контакте с органическими или иными горючими материалами. Он химически реактивен по отношению к восстановителям и органическим субстратам; контакт с ними может приводить к бурным окислительным реакциям. Вещество описывается как способное к разложению водой при определённых условиях и более стабильно в щелочной среде. Согласно классификации опасностей по GHS, вещество характеризуется как окисляющее твердое вещество (окислитель), может вызывать раздражение кожи и глаз, а также раздражение дыхательных путей. Соответствующие предупреждения включают: H272 (Может усилить пожар; окислитель), H315 (Вызывает раздражение кожи), H319 (Вызывает серьёзное раздражение глаз) и H335 (Может вызывать раздражение дыхательных путей). Термальное или кислотное разложение может приводить к образованию оксидов марганца и других марганцевых остатков; проектирование процесса должно минимизировать контакт с кислотами и органическими восстановителями и предусматривать меры инертирования/разделения при необходимости.

Молекулярные и ионные параметры

Формула и молекулярный вес

Молекулярная формула: \(\ce{K2MnO4}\)
Молекулярный вес: 197.132
Точная масса: 196.845114
Моноизотопная масса: 196.845114

Составные ионы

Катион: \(\ce{K+}\)
Анион: \(\ce{MnO4^2-}\)

Дополнительные вычисленные дескрипторы из анализа структуры: топологическая полярная поверхность 80.3, количество доноров водородных связей 0, количество акцепторов водородных связей 4, число вращающихся связей 0, количество тяжёлых атомов 7, формальный заряд 0 (в целом нейтральная соль). Сложность представлена значением 62.

Молекулярные идентификаторы: SMILES "[O-][Mn](=O)(=O)[O-].[K+].[K+]", InChI InChI=1S/2K.Mn.4O/q2*+1;;;;2*-1, и InChIKey XKYFHUXZPRFUTH-UHFFFAOYSA-N.

Идентификаторы и синонимы

Регистрирующие номера и коды

Номер CAS: 10294-64-1
Номер EC: 233-665-2
UNII: 5PI213D3US
ID DSSTox вещества: DTXSID10893107
InChIKey: XKYFHUXZPRFUTH-UHFFFAOYSA-N
InChI: InChI=1S/2K.Mn.4O/q2*+1;;;;2*-1
SMILES: [O-][Mn](=O)(=O)[O-].[K+].[K+]

Синонимы и распространённые наименования

Указанные синонимы и распространённые названия включают (выборка из зарегистрированных): марганат калия; марганат(VI) калия; дипотассиум марганат; марганистая кислота (H2MnO4), дипотассиум соль; марганистая кислота (H2MnO4), калиевая соль (1:2); дипотассиум; диоксидо(диоксо)марганец; калиевый марганистый.

Промышленные и коммерческие применения

Функциональные роли и сектора использования

Маранганат калия используется в качестве окислителя в химическом производстве и промышленно применяется как промежуточное вещество при получении марганцевых реагентов с более высокой степенью окисления. Отрасли промышленности включают производство основных неорганических химикатов. Он применяется в производственных процессах, где необходим контролируемый окислительный процесс и последующее превращение в перманганат или оксиды марганца.

Коммерческие сорта: EP.

Типичные примеры применения

Промежуточное вещество в промышленном синтезе перманганата калия.
Технический окислитель в химических процессах, требующих сильного неорганического окислителя.

Сообщенные суммарные объемы производства в США (годовые, фунты): 2019: 25 245 141 фунт; 2018: 25 256 707 фунт; 2017: 25 045 431 фунт; 2016: 24 682 672 фунт. Эти данные отражают крупномасштабное промышленное использование и имеют значение для оценки цепочек поставок и закупок.

Если требуется краткое резюме применения, помимо указанных функциональных ролей, выбор данного вещества для конкретного процесса должен основываться на его окислительной силе, рН-зависимой стабильности и совместимости с материалами процесса и ограничениями на утилизацию отходов.

Обзор безопасности и обращения

Опасности для здоровья и окружающей среды

Маранганат калия является окислителем и раздражителем. Сообщаемые классы опасности включают Окисляющие твердые вещества, Раздражение кожи, Раздражение глаз и Токсичность для определенных органов-мишеней (вследствие однократного воздействия), что соответствует потенциалу раздражения дыхательных путей. Воздействие марганца связано с нейротоксичными эффектами при достаточных дозах и продолжительности воздействия; марганцевые соединения могут быть системными токсикантами, поражающими центральную нервную систему и другие органы. Токсикологические данные указывают на способность марганца вызывать неврологические нарушения (марганизм) при хроническом воздействии, а также отмечается возможная токсичность для репродуктивной системы в классификационных обзорах. Пути воздействия, вызывающие опасения, включают ингаляцию и проглатывание; контакт с кожей и глазами может вызвать раздражение.

Рекомендуемые значения предельно допустимых концентраций при профессиональном воздействии, приведённые в доступных источниках, включают максимальные допустимые концентрации и гигиенические нормативы, выраженные как концентрации марганца: максимальная допустимая концентрация 0,2 мг/м³ как Mn (вдыхаемая фракция) и 0,02 мг/м³ как Mn (респирабельная фракция) (данные Немецкого исследовательского фонда (DFG)); гигиенические нормативы включают 0,02 мг/м³ как Mn (респирабельная фракция) и 0,1 мг/м³ как Mn (вдыхаемая фракция). Эти значения представлены в соответствии с отчетными данными и должны быть сопоставлены с применимыми местными пределами профессионального воздействия и требованиями по гигиене труда.

Первая помощь (кратко): при попадании в глаза промыть водой в течение нескольких минут; при контакте с кожей промыть водой и вымыть с мылом; при вдыхании — вывести пострадавшего на свежий воздух и обеспечить поддерживающую помощь; при проглатывании не вызывать рвоту — обратиться за медицинской помощью. Меры при пожаре предусматривают учет окислительных свойств вещества и изоляцию от горючих материалов.

С точки зрения экологии, следует избегать попадания в водные объекты; оксианионы марганца и частицы могут оказывать экотоксическое воздействие и требуют соответствующей утилизации отходов.