BROM: HISTORIA, STRUKTURA, KONFIGURACJA ELEKTRONÓW, WŁAŚCIWOŚCI, ZASTOSOWANIA - CHEMIA - 2025

Brom jest niemetaliczne pierwiastek należący do grupy obejmującej atomy fluorowców, grupy 17 (VIIA) układu okresowego pierwiastków. Jej symbol chemiczny to Br. Występuje jako dwuatomowa cząsteczka, której atomy są połączone wiązaniem kowalencyjnym, dlatego przypisano jej wzór cząsteczkowy Br ₂ .

W przeciwieństwie do fluoru i chloru, brom w warunkach naziemnych nie jest gazem, ale czerwono-brązową cieczą (zdjęcie poniżej). Dymi i wraz z rtęcią są jedynymi płynnymi pierwiastkami. Pod nim jod, mimo że intensyfikuje swój kolor i zmienia kolor na fioletowy, może krystalizować do lotnej substancji stałej.

Fiolka z czystym płynnym bromem. Źródło: obrazy o wysokiej rozdzielczości pierwiastków chemicznych

Brom został odkryty niezależnie w 1825 r. Przez Carla Löwiga, który studiował pod kierunkiem niemieckiego chemika Leopolda Gmelina; aw 1826 roku przez francuskiego chemika Antoine-Jérome Balarda. Jednak publikacja wyników eksperymentalnych Balarda poprzedzała publikację Löwiga.

Brom jest 62. najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem na Ziemi, występującym w niskich stężeniach w całej skorupie ziemskiej. W morzu średnie stężenie wynosi 65 ppm. Ciało ludzkie zawiera 0,0004% bromu, a jego funkcja nie jest ostatecznie znana.

Pierwiastek ten jest eksploatowany komercyjnie w solankach lub miejscach, które ze względu na szczególne warunki są miejscami o dużym stężeniu soli; na przykład Morze Martwe, do którego zbiegają się wody sąsiednich terytoriów, nasycone solami.

Jest to pierwiastek korozyjny, który może atakować metale, takie jak platyna i pallad. Rozpuszczony w wodzie brom może również wywierać działanie korozyjne na tkanki ludzkie, pogarszając sytuację, ponieważ może powstać kwas bromowodorowy. Ze względu na swoją toksyczność może powodować znaczne uszkodzenia narządów, takich jak wątroba, nerki, płuca i żołądek.

Brom jest bardzo szkodliwy dla atmosfery, będąc 40-100 razy bardziej niszczący dla warstwy ozonowej niż chlor. Połowa strat warstwy ozonowej na Antarktydzie powstaje w wyniku reakcji związanych z bromometylem, związkiem stosowanym jako fumigant.

Ma liczne zastosowania m.in .: uniepalniacz, wybielacz, środek do dezynfekcji powierzchni, dodatek do paliw, półprodukt przy produkcji środków uspokajających, przy produkcji chemii organicznej itp.

Historia

Praca Carla Löwiga

Brom został odkryty niezależnie i prawie jednocześnie przez niemieckiego chemika Carla Jacoba Löwiga w 1825 r. I przez Antoine Balard, francuskiego chemika w 1826 r.

Carl Löwig, uczeń niemieckiego chemika Leopolda Gmelina, zebrał wodę ze źródła w Bad Kreuznach i dodał do niej chlor; Po dodaniu eteru ciekłą mieszaninę mieszano.

Następnie eter oddestylowano i zatężono przez odparowanie. W rezultacie uzyskał czerwono-brązową substancję, którą był brom.

Praca Antoine'a Balarda

Balard ze swojej strony użył popiołu z brunatnic zwanych morszczynem i zmieszał je z solanką wydobytą z solnisk Montpellier. Wskutek tego zwolniony z bromu, chloru, przechodząc przez materiał wodną poddaje się ekstrakcji, w którym bromek magnezu, MgBr ₂ , był obecny .

Następnie materiał destylowano w obecności dwutlenku manganu i kwasu siarkowego, w wyniku czego powstały czerwone opary, które skraplały się w ciemną ciecz. Balard uważał, że to nowy element i nazwał go muride, wywodząc się od łacińskiego słowa muria, którym oznaczono solankę.

Donoszono, że Balard zmienił nazwę z muride na brôme za sugestią Anglady lub Gay-Lussaca, opierając się na fakcie, że brôme oznacza wstrętny, co określa zapach odkrytego pierwiastka.

Wyniki zostały opublikowane przez Belarda w Annales of Chemie and Physique, zanim Löwig opublikował swoje.

Dopiero od 1858 r. Można było produkować brom w znacznych ilościach; Rok, w którym odkryto i eksploatowano złoża soli w Stassfurcie, uzyskując brom jako produkt uboczny potażu.

Struktura i konfiguracja elektronowa bromu

Cząsteczka

Cząsteczka Br2. Źródło: Benjah-bmm27.

Powyższy obrazek przedstawia cząsteczkę bromu, Br ₂ , ze zwartym wzorem wypełnienia. W rzeczywistości istnieje pojedyncze wiązanie kowalencyjne między dwoma atomami bromu, Br-Br.

Będąc jednorodną i dwuatomową cząsteczką, brakuje jej trwałego momentu dipolowego i może oddziaływać z innymi tego samego typu tylko za pomocą sił dyspersyjnych London.

To jest powód, dla którego jego czerwonawa ciecz dymiąca; w cząsteczkach Br ₂ , chociaż stosunkowo ciężkie, ich siły międzycząsteczkowe utrzymują je luźno razem.

Brom jest mniej elektroujemny niż chlor i dlatego ma mniej atrakcyjny wpływ na elektrony w powłokach walencyjnych. W rezultacie wymaga mniej energii, aby podróżować na wyższych poziomach energii, absorbując zielone fotony i odbijając czerwonawy kolor.

Kryształy

Struktura krystaliczna bromu. Źródło: Ben Mills.

W fazie gazowej cząsteczki Br ₂ rozdzielają się znacznie, aż nie ma między nimi wydajnych interakcji. Jednak poniżej temperatury topnienia brom może zamarznąć do postaci czerwonawych kryształów rombowych (górne zdjęcie).

Zwróć uwagę, jak cząsteczki Br ₂ są ułożone w taki uporządkowany sposób, że wyglądają jak „robaki bromowe”. Tutaj iw tych temperaturach (T <-7,2 ° C) siły dyspersji są wystarczające, aby drgania cząsteczek nie powodowały natychmiastowego załamania kryształu; ale nadal kilka z nich będzie stale sublimować.

Warstwa walencyjna i stany utlenienia

Konfiguracja elektronowa bromu to:

3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁵

Będąc 3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁵ jego powłoką walencyjną (chociaż orbital 3d ¹⁰ nie odgrywa wiodącej roli w jego reakcjach chemicznych). Elektrony w orbitali 4s i 4p są najbardziej zewnętrznymi, w sumie 7, zaledwie jeden elektron od zakończenia oktetu walencyjnego.

Z tej konfiguracji można wywnioskować możliwe stany utlenienia dla bromu: -1, jeśli zyskuje on elektron, który jest izoelektroniczny względem kryptonu; +1, pozostawiając 3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁴ ; +3, +4 i +5, tracąc wszystkie elektrony z orbitalu 4p (3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁰ ); i +7, nie pozostawiając żadnych elektronów na orbicie 4s (3d ¹⁰ 4s ⁰ 4p ⁰ ).

Nieruchomości

Wygląd fizyczny

Ciemnoczerwono-brązowa dymiąca ciecz. Występuje w naturze jako cząsteczka dwuatomowa, której atomy są połączone wiązaniem kowalencyjnym. Brom jest cieczą gęstszą od wody i tonie w niej.

Masa atomowa

79,904 g / mol.

Liczba atomowa

35.

Zapach

Ostry, duszący i drażniący dym.

Temperatura topnienia

-7,2 ° C

Temperatura wrzenia

58,8 ° C.

Gęstość (Br

3,1028 g / cm ³

Rozpuszczalność w wodzie

33,6 g / l przy 25 ° C Rozpuszczalność bromu w wodzie jest niska i ma tendencję do wzrostu wraz ze spadkiem temperatury; zachowanie podobne do innych gazów.

Rozpuszczalności

Dobrze rozpuszczalny w alkoholu, eterze, chloroformie, czterochlorku węgla, disiarczku węgla i stężonym kwasie solnym. Rozpuszczalny w niepolarnych i niektórych polarnych rozpuszczalnikach, takich jak alkohol, kwas siarkowy oraz w wielu rozpuszczalnikach chlorowcowanych.

Potrójny punkt

265,9 K przy 5,8 kPa.

Punkt krytyczny

588 K przy 10,34 MPa.

Ciepło topnienia (Br

10,571 kJ / mol.

Ciepło parowania (Br

29,96 kJ / mol.

Molowa pojemność cieplna (Br

75,69 kJ / mol.

Ciśnienie pary

W temperaturze 270 K, 10 kPa.

Temperatura samozapłonu

Niepalny.

punkt zapłonu

113 ° C.

Temperatura przechowywania

Od 2 do 8 ºC.

Napięcie powierzchniowe

40,9 mN / m przy 25 ° C

Próg zapachu

0,05 - 3,5 ppm. 0,39 mg / m ³

Współczynnik załamania (ηD)

1,6083 przy 20 ° C i 1,6478 przy 25 ° C

Elektroujemność

2,96 w skali Paulinga.

Energia jonizacji

- Poziom pierwszy: 1139,9 kJ / mol.

- Drugi poziom: 2,103 kJ / mol.

- Trzeci poziom: 3470 kJ / mol.

Radio atomowe

120 po południu.

Promień kowalencyjny

120.3 po południu.

Radio Van der Waals

185 po południu.

Reaktywność

Jest mniej reaktywny niż chlor, ale bardziej reaktywny niż jod. Jest utleniaczem słabszym niż chlor i silniejszym niż jod. Jest również słabszym środkiem redukującym niż jod, ale silniejszym niż chlor.

Opary chloru są silnie żrące dla wielu materiałów i tkanek ludzkich. Działa niszcząco na wiele pierwiastków metalicznych, w tym platynę i pallad; ale nie atakuje ołowiu, niklu, magnezu, żelaza, cynku, a poniżej 300 ° C ani sodu.

Brom w wodzie ulega przemianie i zamienia się w bromek. Może również występować jako bromian (BrO ₃ ^- ), w zależności od pH cieczy.

Ze względu na swoje działanie utleniające, brom może wywoływać uwalnianie wolnych rodników tlenowych. Są to silne utleniacze i mogą powodować uszkodzenie tkanek. Ponadto brom może spontanicznie zapalić się w połączeniu z potasem, fosforem lub cyną.

Aplikacje

Dodatek do benzyny

Do usunięcia potencjalnych osadów ołowiu z silników samochodowych zastosowano dwubromek etylenu. Po spaleniu benzyny, w której zastosowano ołów jako dodatek, brom połączył się z ołowiem, tworząc bromek ołowiu, lotny gaz wydalany rurą wydechową.

Chociaż brom usuwał ołów z benzyny, jego niszczące działanie na warstwę ozonową było bardzo silne, dlatego został odrzucony do tego zastosowania.

Pestycydy

Bromek metylenu lub bromometylu był stosowany jako pestycyd do oczyszczania gleby, zwłaszcza w celu wyeliminowania pasożytniczych nicieni, takich jak tęgoryjce.

Jednak użycie większości związków zawierających brom zostało odrzucone ze względu na ich niszczące działanie na warstwę ozonową.

Kontrola emisji rtęci

W niektórych instalacjach brom jest stosowany w celu zmniejszenia emisji rtęci, bardzo toksycznego metalu.

Fotografia

Bromek srebra, oprócz jodku srebra i chlorku srebra, jest stosowany jako związek światłoczuły w emulsjach fotograficznych.

Działania terapeutyczne

Bromek potasu, a także bromek litu, były stosowane jako ogólne środki uspokajające w XIX i na początku XX wieku. W niektórych krajach nadal stosuje się bromki w postaci prostych soli jako leki przeciwdrgawkowe.

Jednak amerykańska FDA nie zatwierdza obecnie stosowania bromu w leczeniu jakiejkolwiek choroby.

Ognioodporny

Brom jest przekształcany przez płomienie w kwas bromowodorowy, który zakłóca reakcję utleniania zachodzącą podczas pożaru i powoduje jego gaszenie. Polimery zawierające brom są używane do produkcji żywic ognioodpornych.

Dodatek do żywności

Do mąki dodano śladowe ilości bromianu potasu, aby poprawić gotowanie.

Odczynniki i półprodukt chemiczny

Bromowodór jest stosowany jako środek redukujący i katalizator reakcji organicznych. Brom jest stosowany jako półprodukt chemiczny w produkcji leków, płynów hydraulicznych, środków chłodzących, osuszaczy i preparatów do ondulacji włosów.

Znajduje również zastosowanie w produkcji płuczek wiertniczych, produktów do dezynfekcji wody, wybielaczy, środków do dezynfekcji powierzchni, barwników, dodatków do paliw itp.

Działanie biologiczne

Badania przeprowadzone w 2014 roku wskazują, że brom jest niezbędnym kofaktorem do biosyntezy kolagenu IV, co sprawia, że ​​brom jest niezbędnym pierwiastkiem do rozwoju tkanek zwierzęcych. Brakuje jednak informacji o konsekwencjach niedoboru pierwiastków.

Gdzie to się znajduje

Brom jest wydobywany komercyjnie z głębokich kopalni soli i dołów solankowych znajdujących się w stanie Arkansas oraz w Wielkim Jeziorze Słonym w stanie Utah w Stanach Zjednoczonych. Ta ostatnia solanka ma stężenie bromu 0,5%.

Aby wyodrębnić brom, do solanki dodaje się gorący gazowy chlor w celu utlenienia jonów bromkowych w roztworze, zbierając brom pierwiastkowy.

Morze Martwe, na granicy Jordanii i Izraela, jest morzem zamkniętym, które znajduje się poniżej poziomu morza, co powoduje, że ma bardzo wysokie stężenie soli.

Brom i potaż są tam pozyskiwane komercyjnie poprzez odparowywanie silnie słonej wody z Morza Martwego. W tym morzu stężenie bromu może sięgać 5 g / l.

Występuje również w dużych stężeniach w niektórych gorących źródłach. Na przykład brominit jest minerałem będącym bromkiem srebra występującym w Boliwii i Meksyku.

Ryzyka

Brom w stanie ciekłym działa żrąco na tkanki ludzkie. Jednak największym zagrożeniem dla człowieka są opary bromu i ich wdychanie.

Oddychanie w środowisku o stężeniu bromu 11–23 mg / m ³ powoduje poważne wstrząsy. Stężenie 30–60 mg / m ³ jest wyjątkowo szkodliwe. Tymczasem stężenie 200 mg może być śmiertelne.

Bibliografia

1. Shiver & Atkins. (2008). Chemia nieorganiczna. (Czwarta edycja). Mc Graw Hill.
2. Narodowe Centrum Informacji Biotechnologicznej. (2019). Brom. Baza danych PubChem. CID = 23968. Odzyskany z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. Ross Rachel. (8 lutego 2017). Fakty dotyczące bromu. Odzyskany z: livesscience.com
4. Wikipedia. (2019). Boraks. Odzyskane z: en.wikipedia.org
5. Lenntech BV (2019). Brom. Odzyskany z: lenntech.com