ผลของค่าพีเอชต่อสีของสารละลายเปอร์แมงกาเนต MO Memoir : Friday 22 September 2560

เปอร์แมงกาเนต (permanganate MnO₄^-) เป็นไอออนที่เป็นตัวออกซิไดซ์ที่แรงตัวหนึ่ง ในเว็บ wikipedia บอกว่าสารละลายเปอร์แมงการเนตนั้นมีเสถียรภาพในตัวกลางที่เป็นกลางหรือเป็นเบสเล็กน้อย ในทางเคมีวิเคราะห์นั้นมีการนำมาใช้ในการวิเคราะห์แบบ redox titration (ที่เรียกว่า permanganometry) และยังเคยถูกใช้ในการหาค่า COD (Chemical oxygen demand) ของน้ำ ที่ปัจจุบันหันมาใช้สารละลายไดโครเมต (dichromate Cr₂O₇^2-) แทน
 

ในเว็บ wikipedia เองก็ยังให้ข้อมูลว่า ในสารละลายที่เป็นกรดนั้น Mn⁷⁺ ของเปอร์แมงกาเนตจะถูกรีดิวซ์ให้กลายเป็นไอออน Mn²⁺ ที่ไม่มีสีได้ดังสมการ

8H⁺ + MnO₄⁻ + 5e^- → MnO²⁺ + 4H₂O

และในสภาวะที่เป็นเบสที่แรงนั้น Mn⁷⁺ ของเปอร์แมงกาเนตจะถูกรีดิวซ์ให้กลายเป็น Mn⁶⁺ ที่มีสีเขียวได้ดังสมการ

MnO₄⁻ + 2e^- → MnO₄²⁻

แต่แม้ว่าจะอยู่ในตัวกลางที่เป็นกลาง เว็บ wikipedia เองก็ยังบอกว่า Mn⁷⁺ ยังถูกรีดิวซ์ให้กลายเป็น Mn⁴⁺ ที่มีสีน้ำตาลได้ดังสมการ (บทความเดียวกันแท้ ๆ ตอนแรกบอกว่าเสถียร แต่ต่อมาบอกว่าไม่เสถียร)

2H₂O + MnO₄⁻ + 3e⁻ → MnO₂ + 4OH⁻

อันที่จริงแม้ว่าจะอยู่ในสารละลายที่เป็นกลาง เปอร์แมงกาเนตก็ยังสลายตัวได้อย่างช้า ๆ กลายเป็น MnO₂ โดยปฏิกิริยาการสลายตัวนี้ถูกเร่งด้วยแสงหรือ MnO₂ ที่เกิดจากปฏิกิริยา (ที่อาจเกิดจากการที่น้ำที่ใช้เตรียมสารละลายนั้นมีสารอินทรีย์ปนเปื้อนอยู่ในปริมาณเล็กน้อย ทำให้ MnO₄^- ส่วนหนึ่งทำปฏิกิริยากับสารอินทรีย์และกลายเป็น MnO₂ ที่ไปเร่งปฏิกิริยาการสลายตัวของ MnO₄^- อีกที)
 

ในการสอนวิชาปฏิบัติการส่วนที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาของสารอินทรีย์นั้น มีหลายการทดลองที่มีการใช้สารละลายเปอร์แมงกาเนตเป็นตัวออกซิไดซ์สารอินทรีย์ ทั้งในสภาพที่เป็น กลาง กรด และเบส ทั้งที่อุณหภูมิห้อง และอุ่นให้ร้อน เพื่อที่จะศึกษาผลของค่าพีเอชและอุณหภูมิว่าส่งผลอย่างไรต่อการเปลี่ยนสีของสารละลายเปอร์แมงกาเนต (อันเป็นผลจากการที่มันเกิดปฏิกิริยา) หรือไม่ ก็เลยลองทำการทดลองเล่น ๆ ดูด้วยการใส่น้ำกลั่นลงในหลอดทดลอง 3 หลอด หลอดละประมาณ 3 ml จากนั้นหยดสารละลาย KMnO₄ เข้มข้น 0.3 wt% ลงไป 1 หยด หลอดที่หนึ่งเป็นหลอดเปรียบเทียบ (blank) หลอดที่สองหยดสารละลาย H₂SO₄ เข้มข้น 10 wt% ลงไป 3 หยด และหลอดที่สามหยดสารละลาย H₂SO₄ เข้มข้น 10 wt% ลงไป 6 หยด บันทึกสี จากนั้นนำไปอุ่นใน water bath ที่ 80ºC นาน 5 นาที บันทึกสีสารละลาย และตั้งทิ้งไว้ที่อุณหภูมิห้องต่ออีก 1 ชั่วโมง บันทึกการเปลี่ยนแปลงของสี ผลการทดลองที่ได้แสดงไว้ในรูปที่ 1 จากนั้นก็ทำการทดลองใหม่ซ้ำเดิมอีกครั้ง แต่เปลี่ยนไปใช้สารละลายเบส NaOH เข้มข้น 10 wt% แทนการใช้กรด ผลการทดลองที่ได้แสดงไว้ในรูปที่ ๒
 

เห็นอะไรก็ตามนั้นนะครับ :) :) :)

รูปที่ ๑ หลอดซ้ายเป็น blank test (มีเฉพาะน้ำกลั่นกับสารละลาย KMnO₄) หลอดกลางหยดสารละลายกรด 3 หยด หลอดขวาหยดสารละลายกรด 6 หยด รูปบนเป็นรูปที่ถ่ายก่อนหลังหยดสารละลายกรด รูปกลางเป็นหลังนำไปอุ่นเป็นเวลา 5 นาทีใน water bath ที่ 80ºC รูปล่างเป็นรูปหลังการอุ่นและตั้งทิ้งไว้อีก 1 ชั่วโมง สารละลายกรดที่ใช้คือ H₂SO₄ เข้มข้น 10 wt%

รูปที่ ๒ หลอดซ้ายเป็น blank test (มีเฉพาะน้ำกลั่นกับสารละลาย KMnO₄) หลอดกลางหยดสารละลายเบส 3 หยด หลอดขวาหยดสารละลายเบส 6 หยด รูปบนเป็นรูปที่ถ่ายก่อนหลังหยดสารละลายเบส รูปกลางเป็นหลังนำไปอุ่นเป็นเวลา 5 นาทีใน water bath ที่ 80ºC รูปล่างเป็นรูปหลังการอุ่นและตั้งทิ้งไว้อีก 1 ชั่วโมง สารละลายเบสที่ใช้คือสารละลาย NaOH เข้มข้น 10 wt%