- Fizyczne i chemiczne właściwości
- Aplikacje
- Związki ziem alkalicznych
- Środek redukujący
- Reakcja Biełousowa-Żabotyńskiego
- Bibliografia
Kwas bromous jest nieorganiczny związek o wzorze HBrO2. Wspomniany kwas jest jednym z oksokwasów bromowych, w którym występuje na 3+ stopniu utlenienia. Sole tego związku nazywane są bromitami. Jest to niestabilny związek, którego nie można było wyizolować w laboratorium.
Ta niestabilność, analogiczna do kwasu jodowego, jest spowodowana reakcją dysmutacji (lub dysproporcjonowania) do powstania kwasu podbromawego i kwasu bromowego, jak następuje: 2HBrO 2 → HBrO + HBrO 3.
Rysunek 1: Struktura kwasu bromowego.
Kwas bromowy może działać jako półprodukt w różnych reakcjach utleniania podbromianów (Ropp, 2013). Można go otrzymać metodami chemicznymi lub elektrochemicznymi, w których podbromit jest utleniany do jonów bromitowych, takich jak:
HBrO + HClO → HBrO 2 + HCl
HBrO + H 2 O + 2e - → HBrO 2 + H 2
Fizyczne i chemiczne właściwości
Jak wspomniano powyżej, kwas bromowy jest związkiem nietrwałym, którego nie wyodrębniono, dlatego jego właściwości fizyczne i chemiczne uzyskuje się, z pewnymi wyjątkami, teoretycznie poprzez obliczenia obliczeniowe (National Center for Biotechnology Information, 2017).
Związek ma masę cząsteczkową 112,91 g / mol, temperaturę topnienia 207,30 stopni Celsjusza i temperaturę wrzenia 522,29 stopni Celsjusza. Jego rozpuszczalność w wodzie szacuje się na 1 x 106 mg / l (Royal Society of Chemistry, 2015).
Nie ma zarejestrowanego ryzyka podczas obchodzenia się z tym związkiem, jednak stwierdzono, że jest to słaby kwas.
Kinetykę reakcji dysproporcjonowania bromu (III), 2Br (III) → Br (1) + Br (V), badano w buforze fosforanowym, w zakresie pH 5,9-8,0, monitorując absorbancję optyczną przy 294 nm przy zatrzymanym przepływie.
Zależności i były odpowiednio rzędu 1 i 2, gdzie nie ma zależności. Reakcję badano również w buforze octanowym, w zakresie pH 3,9-5,6.
W ramach błędu eksperymentalnego nie znaleziono dowodów na bezpośrednią reakcję między dwoma jonami BrO2-. To badanie zapewnia stałe szybkości 39,1 ± 2,6 M -1 dla reakcji:
HBrO 2 + BrO 2 → HOBr + Br0 3 -
Stałe szybkości 800 ± 100 M -1 dla reakcji:
2HBr0 2 → HOBr + Br0 3 - + H +
I iloraz równowagi dla reakcji 3,7 ± 0,9 X 10-4 :
HBr02 ⇌ H + + BrO 2 -
Uzyskanie doświadczalnego pKa 3,43 przy sile jonowej 0,06 M i 25,0 ° C (RB Faria, 1994).
Aplikacje
Związki ziem alkalicznych
Do produkcji bromitu berylu w oparciu o reakcję stosuje się kwas bromowy lub bromit sodu:
Be (OH) 2 + HBrO 2 → Be (OH) BrO 2 + H 2 O
Bromity mają żółty kolor w stanie stałym lub w roztworach wodnych. Związek ten jest stosowany w przemyśle jako utleniający środek do odkamieniania skrobi w uszlachetnianiu tekstyliów (Egon Wiberg, 2001).
Środek redukujący
Do redukcji jonu nadmanganianowego do manganianu można zastosować kwas bromowy lub brominy w następujący sposób:
2MnO 4 - + BrO 2 - + 2OH - → BrO 3 - + 2MnO 4 2- + H 2 O
Co jest wygodne w przygotowaniu roztworów manganu (IV).
Reakcja Biełousowa-Żabotyńskiego
Kwas bromowy działa jako ważny związek pośredni w reakcji Biełousowa-Żabotyńskiego (Stanley, 2000), która jest niezwykle uderzającą wizualnie demonstracją.
W tej reakcji trzy roztwory są mieszane, aby uzyskać zielony kolor, który zmienia kolor na niebieski, fioletowy i czerwony, a następnie zmienia kolor na zielony i powtarza się.
Trzy roztwory, które miesza się, to: 0,23 M roztwór KBrO 3 , 0,31 M roztwór kwasu malonowego z 0,059 M KBr i 0,019 M roztwór azotanu ceru (IV) amonu i H 2 SO 4 2,7 M.
Podczas prezentacji do roztworu wprowadza się niewielką ilość wskaźnikowej ferroiny. Zamiast ceru można zastosować jony manganu. Cała reakcja BZ to katalizowane cerem utlenianie kwasu malonowego przez jony bromianowe w rozcieńczonym kwasie siarkowym, jak przedstawiono w następującym równaniu:
3CH 2 (CO 2 H) 2 + 4 BrO 3 - → 4 Br - + 9 CO 2 + 6 H 2 O (1)
Mechanizm tej reakcji obejmuje dwa procesy. Proces A obejmuje transfery jonów i dwóch elektronów, podczas gdy Proces B obejmuje rodniki i transfery jednoelektronowe.
Stężenie jonów bromkowych określa, który proces jest dominujący. Proces A dominuje, gdy stężenie jonów bromkowych jest wysokie, natomiast Proces B dominuje, gdy stężenie jonów bromkowych jest niskie.
Proces A to redukcja jonów bromianowych przez jony bromkowe w dwóch transferach elektronów. Można to przedstawić za pomocą tej reakcji netto:
BrO 3 - + 5Br - + 6H + → 3Br 2 + 3H 2 O (2)
Dzieje się tak, gdy zmieszane są rozwiązania A i B. Ten proces przebiega w trzech następujących krokach:
BrO 3 - + Br - +2 H + → HBrO 2 + HOBr (3)
HBrO 2 + Br - + H + → 2 HOBr (4)
HOBr + Br - + H + → Br 2 + H 2 O (5)
Brom powstały w wyniku reakcji 5 reaguje z kwasem malonowym, powoli enolizując, co przedstawia następujące równanie:
Br 2 + CH 2 (CO 2 H) 2 → BrCH (CO 2 H) 2 + Br - + H (6)
Reakcje te mają na celu zmniejszenie stężenia jonów bromkowych w roztworze. Pozwala to na dominację procesu B. Ogólną reakcję procesu B reprezentuje następujące równanie:
2BrO3 - + 12H + + 10 Ce 3+ → Br 2 + 10Ce 4+ · 6H 2 O (7)
Składa się z następujących kroków:
BrO 3 - + HBrO 2 + H + → 2BrO 2 • + H 2 O (8)
BrO 2 • + Ce 3+ + H + → HBrO 2 + Ce 4+ (9)
2 HBrO 2 → HOBr + BrO 3 - + H + (10)
2 HOBr → HBrO 2 + Br - + H + (11)
HOBr + Br - + H + → Br 2 + H 2 O (12)
Kluczowe elementy tej sekwencji obejmują wynik netto równania 8 plus dwukrotnie równanie 9, pokazane poniżej:
2Ce 3+ + BrO 3 - + HBrO 2 + 3H + → 2Ce 4+ + H 2 O + 2HBrO 2 (13)
Ta sekwencja wytwarza autokatalitycznie kwas bromowy. Autokataliza jest istotną cechą tej reakcji, ale nie trwa ona do wyczerpania odczynników, ponieważ następuje zniszczenie HBrO2 drugiego rzędu, co widać w reakcji 10.
Reakcje 11 i 12 reprezentują dysproporcjonowanie kwasu hiperbromowego do kwasu bromowego i Br2. Jony ceru (IV) i brom utleniają kwas malonowy, tworząc jony bromkowe. Powoduje to wzrost stężenia jonów bromkowych, co reaktywuje proces A.
Kolory w tej reakcji powstają głównie w wyniku utleniania i redukcji kompleksów żelazowo-cerowych.
Ferroina zapewnia dwa kolory widoczne w tej reakcji: W miarę wzrostu utlenia żelazo w ferroinie z czerwonego żelaza (II) do niebieskiego żelaza (III). Cer (III) jest bezbarwny, a cer (IV) jest żółty. Połączenie ceru (IV) i żelaza (III) sprawia, że kolor jest zielony.
W odpowiednich warunkach cykl ten powtórzy się kilka razy. Czystość szkła jest problemem, ponieważ oscylacje są przerywane przez zanieczyszczenie jonami chlorkowymi (Horst Dieter Foersterling, 1993).
Bibliografia
- kwas bromowy. (2007, 28 października). Pobrane z ChEBI: ebi.ac.uk.
- Egon Wiberg, NW (2001). Chemia nieorganiczna. londyn-san diego: prasa akademicka.
- Horst Dieter Foersterling, MV (1993). Kwas bromowy / cer (4+): reakcja i dysproporcjonowanie HBrO2 mierzone w roztworze kwasu siarkowego przy różnych kwasowościach. Phys. Chem 97 (30), 7932-7938.
- kwas jodowy. (2013-2016). Pobrane z molbase.com.
- Narodowe Centrum Informacji Biotechnologicznej. (2017, 4 marca). Baza danych PubChem Compound; CID = 165616.
- B. Faria, IR (1994). Kinetyka dysproporcjonowania i pKa kwasu bromowego. J. Phys. Chem. 98 (4), 1363-1367.
- Ropp, RC (2013). Encyklopedia związków ziem alkalicznych. Oxford: Elvesier.
- Królewskie Towarzystwo Chemii. (2015). Kwas bromowy. Pobrane z chemspider.com.
- Stanley, AA (2000, 4 grudnia). Podsumowanie demonstracji zaawansowanej chemii nieorganicznej Reakcja oscylacyjna.