مروری بر پرمنگنات پتاسیم KMnO4

پرمنگنات پتاسیم یک ترکیب شیمیایی با رنگ بنفش همه کاره است. این نمک، پتاسیم اسید منگانیک است. همچنین به عنوان پرمنگنات پتاس شناخته می شود، نام های بسیار دیگری مانند کانی آفتاب پرست، کریستال های کندی و هایپرمنگان دارد. پرمنگنات پتاسیم برای اولین بار توسط شیمیدان آلمانی یوهان رودولف گلابر در سال 1659 تولید شد اما به زودی فراموش شد. مجددا این ماده توسط شیمیدان بریتانیایی هنری کوندی، که مواد ضدعفونی کننده معروف به "کریستال های کندی" تولید می کرد، دوباره کشف شد، پرمنگنات پتاسیم به موفقیت بزرگی تبدیل شد. این ماده دارای خواص اکسید کننده است، بنابراین کاربردهای مختلفی در صنایع پزشکی و شیمیایی پیدا کرده است. فرمول شیمیایی آن KMnO4 است.
 
ساختار پرمنگنات پتاسیم - KMnO4
پرمنگنات پتاسیم یک ترکیب یونی است که از یک کاتیون پتاسیم (K+) و آنیون پرمنگنات (MnO4-) تشکیل شده است. در آنیون پرمنگنات (MnO4-) اتم منگنز با چهار اتم اکسیژن از طریق سه پیوند دوگانه و یک پیوند منفرد پیوند می خورد. حالت اکسیداسیون منگنز در این نمک 7+ است. ساختار بلوری KMnO4 جامد متعامد است. هر ساختار MnO4- در یک هندسه چهار وجهی وجود دارد.

 خواص فیزیکی پرمنگنات پتاسیم - KMnO4
این یک ترکیب شیمیایی به رنگ بنفش روشن یا برنز است. چگالی آن2.7 g/ml و جرم مولی آن g/mol158.034 است. بویی ندارد اما طعم شیرینی دارد. نقطه ذوب بالای 2400 درجه سانتیگراد دارد. بیشتر به صورت پودر، کریستال یا قرص یافت می شود.

خواص شیمیایی پرمنگنات پتاسیم
پرمنگنات پتاسیم در استون، آب، پیریدین، متانول و اسید استیک محلول است. همچنین به راحتی در حلال های معدنی حل می شود. دارای رنگ ارغوانی پررنگ در محلول غلیظ و رنگ صورتی در محلول رقیق است. قابل احتراق نیست اما از احتراق مواد دیگر پشتیبانی می کند. در شرایط عادی، این یک ترکیب بسیار پایدار است اما پس از حرارت دادن تجزیه می شود و MnO2 تشکیل می دهد و اکسیژن آزاد می کند.
این یک عامل اکسید کننده قوی است (ترکیبی که به راحتی می تواند اکسیژن خود را به مواد دیگر منتقل کند) و دی اکسید منگنز قهوه ای تیره (MnO2) را تشکیل می دهد که هر چیزی که ارگانیک است را رنگ می کند. می تواند به راحتی الکترون های سایر مواد را بپذیرد. به شدت با اسید سولفوریک واکنش می دهد و منجر به انفجار می شود. بلافاصله با گلیسرول و الکل های ساده واکنش نشان می دهد و شعله و دود تولید می کند.
 
واکنش های پرمنگنات پتاسیم (KMnO4)
بیشتر واکنش‌ها با پرمنگنات پتاسیم، واکنش‌های ردوکس هستند (یک واکنش شیمیایی که در آن یک ماده اکسیده و ماده دیگر کاهش می‌یابد). KMnO4 می تواند بسیاری از ترکیبات معدنی را اکسید کند. محیط محلول نقش مهمی در تعیین محصولات واکنش دارد. در محیط اسیدی، منگنز به Mn2+ کاهش می یابد.
در یک محیط خنثی، MnO2 یک رسوب قهوه ای تشکیل می دهد.
 در محیط قلیایی، MnO42- کاهش می یابد.
 با حرارت دادن، کریستال های پرمنگنات تجزیه می شوند تا اکسیژن آزاد شود.
با رقیق کردن کریستال های پرمنگنات در حضور نور مستقیم خورشید، اکسیژن آزاد می شود.
سایر واکنش های پرمنگنات پتاسیم به شرح زیر است:
با اسید سولفوریک:
با پراکسید هیدروژن:
همچنین می تواند اتم های کربنی را که دارای پیوندهای دوگانه در محیط قلیایی ضعیف یا خنثی هستند اکسید کند.
می تواند آلدئیدها را اکسید کرده و اسیدهای کربوکسیلیک تشکیل دهد. الکل را اکسید می کند و کربونیل می سازد. همچنین می‌تواند اتم‌های کربنی را که دارای پیوندهای سه‌گانه هستند اکسید کرده و یون‌ها را تشکیل دهد. با شکستن اسکلت کربن به پیوندهای دوگانه، قند را به اسید تبدیل می کند.
 
موارد استفاده از پرمنگنات پتاسیم (KMnO4)
مصارف پزشکی؛ به دلیل خاصیت اکسید کنندگی، می تواند به عنوان یک ضد عفونی کننده برای درمان عفونت های پوستی مانند درمتیت، زخم های شانکر، زخم، اگزما و عفونت های قارچی عمل کند. هنگامی که روی زخم های کوچک اعمال می شود، به غشای سلولی خارجی میکروارگانیسم حمله می کند و در نتیجه آن را اکسید می کند و ساختار آن را از بین می برد. در برخی موارد زخم های بزرگ، پزشکان حمام آب پرمنگنات پتاسیم با محلول های رقیق را توصیه می کنند. باید مراقب باشید زیرا استفاده بیش از حد از این ماده شیمیایی ممکن است باعث تحریک و سوختگی شود.
می توان از آن برای تمیز کردن زخم ها استفاده کرد. زخم های مرطوب مانند زخم ها و آبسه ها را می توان با محلول پرمنگنات پتاسیم تمیز کرد. این درمان میکروب ها را از بین می برد و از عفونت ثانویه جلوگیری می کند. همچنین به خشک شدن تاول ها کمک می کند. در درمان عفونت قارچی به نام پای ورزشکار بسیار موثر است. اثر اکسید کننده محلول پرمنگنات قارچ را از بین می برد و در نتیجه علائمی مانند خارش و احساس سوزش را از بین می برد.
همچنین می توان از آن برای درمان آلرژی ناشی از واکنش به رنگ موی تجاری استفاده کرد. رنگ ها حاوی اکسید کننده ای هستند که رنگدانه ملانین را در مو تجزیه می کند و اجازه می دهد تا رنگ به داخل مو نفوذ کند. به دلیل عملکرد ناقص رنگ و اکسید کننده گاهی اوقات واکنش آلرژیک ایجاد می شود که باعث ناراحتی و خارش می شود. محلول پرمنگنات در چنین مواردی به عنوان کمپرس برای تسکین علائم و اکسید شدن کامل رنگ استفاده می شود.
تصفیه آب؛ در تصفیه خانه ها برای از بین بردن آلاینده ها و همچنین برای از بین بردن بوی بد آب استفاده می شود. آهن، سولفید هیدروژن و منگنز را اکسید می کند و به ذرات جامد تبدیل می کند که سپس با فیلتراسیون حذف می شوند. این فرایند هیچ ماده سمی تولید نمی کند بنابراین برای استفاده بسیار ایمن است. همچنین می توان از آن برای تمیز کردن آب در استخرهای شنا استفاده کرد.

شیمی تجزیه و آلی؛ پرمنگنات پتاسیم به دلیل رنگ قوی و ماهیت اکسید کننده آن در آزمایشگاه های شیمی به عنوان یک معرف برای محاسبه مقدار ماده ای که می تواند در یک نمونه اکسید شود استفاده می شود. این مقدار به عنوان مقدار پرمنگنات نامیده می شود.
در صنعت کاغذسازی از عدد کاپا (مقدار محلول پرمنگنات استاندارد مصرف شده توسط خمیر چوب) برای تعیین میزان ماده شیمیایی مورد نیاز برای سفید کردن خمیر استفاده می شود. آزمایشگاه های شیمی معدنی اغلب در واکنش با ترکیبات آلی استفاده می شود.

استفاده های دیگر؛ هنگامی که با 80٪ سولفید هیدروژن مخلوط می شود به عنوان یک پیشران برای موشک ها و اژدرها عمل می کند. در مناطق روستایی برای حذف آهن و سولفید هیدروژن از آب چاه استفاده می شود. همچنین می تواند به از بین بردن زنگ زدگی لوله های آب کمک کند. می توان از آن برای حذف حلزون ها از گیاهان قبل از انتقال به آکواریوم استفاده کرد.
پرمنگنات یک جزء مهم در جعبه کمک های اولیه به همراه قرص های گلیسیرین/گلوکز است که می تواند در ایجاد آتش مفید باشد. با مالیدن قرص های گلوکز با پودر پرمنگنات می توان آتش را روشن کرد. همچنین می توان از آن برای تمیز کردن آب و تمیز کردن زخم ها استفاده کرد. در صورت مسمومیت با فسفر می توان از آن به عنوان پادزهر استفاده کرد. اغلب برای درمان عفونت های انگلی در ماهی استفاده می شود.
 
اثرات بر سلامت
KMnO4 یک ماده شیمیایی خطرناک است زیرا حتی قرار گرفتن در معرض کوتاه مدت ممکن است باعث ناراحتی شود. با رعایت بهداشت فردی و انجام اقدامات احتیاطی مناسب در استفاده از پرمنگنات پتاسیم می توان از خطرات سلامتی جلوگیری کرد. برخی از اثرات آن بر سلامتی به شرح زیر است:
KMnO4 غلیظ باعث تحریک پوست و چشم می شود. قرار گرفتن در معرض طولانی مدت ممکن است برای همیشه به چشم آسیب برساند.
در صورت استنشاق، می تواند باعث تحریک بینی و گلو شود. حتی ریه ها نیز ممکن است تحت تاثیر قرار بگیرند و باعث سرفه، تنگی نفس و ادم ریوی (جمع شدن مایعات در ریه) شوند.
KMnO4 همچنین ممکن است بر کبد و کلیه ها تأثیر بگذارد.
قرار گرفتن در معرض طولانی مدت ممکن است بر باروری تأثیر بگذارد.