БРОМ: ИСТОРИЯ, СТРУКТУРА, ЭЛЕКТРОННАЯ КОНФИГУРАЦИЯ, СВОЙСТВА, ПРИМЕНЕНИЕ - ХИМИЯ - 2026

Брома является неметаллическим элемент , принадлежащий к группе галогенов, группы 17 (VIIa) Периодической таблицы. Его химический символ - Br. Он выглядит как двухатомная молекула, атомы которой связаны ковалентной связью, поэтому ему присвоена молекулярная формула Br ₂ .

В отличие от фтора и хлора, в земных условиях бром представляет собой не газ, а красновато-коричневую жидкость (изображение ниже). Он дымится и вместе с ртутью - единственные жидкие элементы. Под ним йод, хотя он усиливает свой цвет и становится фиолетовым, может кристаллизоваться в летучее твердое вещество.

Флакон с чистым жидким бромом. Источник: изображения химических элементов в высоком разрешении.

Бром был открыт независимо в 1825 году Карлом Лёвигом, который учился под руководством немецкого химика Леопольда Гмелина; а в 1826 году французским химиком Антуаном-Жеромом Баларом. Однако публикация экспериментальных результатов Баларда предшествовала публикации Лёвига.

Бром - 62-й по величине элемент на Земле, в низких концентрациях он распространяется по всей земной коре. В море средняя концентрация составляет 65 промилле. В человеческом организме содержится 0,0004% брома, и его функция точно не известна.

Этот элемент коммерчески используется в рассолах или местах, которые в силу особых условий являются местами с высокой концентрацией солей; например, Мертвое море, к которому сходятся воды соседних территорий, насыщенное солями.

Это коррозионный элемент, способный разрушать металлы, такие как платина и палладий. Растворенный в воде бром также может оказывать разъедающее действие на ткани человека, усугубляя ситуацию, поскольку может образовываться бромистоводородная кислота. Что касается его токсичности, он может нанести значительный ущерб органам, таким как печень, почки, легкие и желудок.

Бром очень вреден для атмосферы, он в 40-100 раз более разрушителен для озонового слоя, чем хлор. Половина потери озонового слоя в Антарктиде происходит из-за реакций, связанных с бромметилом, соединением, используемым в качестве фумиганта.

Он имеет множество применений, таких как: антипирен, отбеливающий агент, средство для дезинфекции поверхностей, добавка к топливу, промежуточный продукт при производстве седативных средств, при производстве органических химикатов и т. Д.

история

Карл Лёвиг

Бром был открыт независимо и почти одновременно немецким химиком Карлом Якобом Лёвигом в 1825 году и французским химиком Антуаном Баларом в 1826 году.

Карл Лёвиг, ученик немецкого химика Леопольда Гмелина, собрал воду из источника в Бад-Кройцнах и добавил в нее хлор; После добавления эфира жидкую смесь перемешивали.

Затем эфир отгоняли и концентрировали упариванием. В результате он получил красновато-коричневое вещество, которым был бром.

Работа Антуана Балара

Балард, со своей стороны, использовал золу бурых водорослей, известных как фукус, и смешал их с рассолом, добытым из солончаков Монпелье. Таким образом, он высвободил бром, пропустив хлор через водный материал, подвергаемый экстракции, в котором присутствовал бромид магния, MgBr ₂ .

Впоследствии материал был подвергнут перегонке в присутствии диоксида марганца и серной кислоты, в результате чего образовались красные пары, которые конденсировались в темную жидкость. Балард подумал, что это новый элемент, и назвал его муридом, производным от латинского слова muria, которым обозначали рассол.

Сообщалось, что Балард изменил название с мурида на бром по предложению Англада или Гей-Люссака, основываясь на том факте, что бром означает фол, что определяет запах обнаруженного элемента.

Результаты были опубликованы Белардом в Annales of Chemie and Physique до того, как Лёвиг опубликовал свои.

Только с 1858 г. стало возможным производить бром в значительных количествах; Год открытия и эксплуатации солевых месторождений Штасфурт, в которых в качестве побочного продукта получения поташа был получен бром.

Строение и электронная конфигурация брома

молекула

Молекула Br2. Источник: Benjah-bmm27.

На изображении выше показана молекула брома Br ₂ с компактным рисунком заполнения. Фактически, между двумя атомами брома существует одинарная ковалентная связь, Br-Br.

Будучи гомогенной и двухатомной молекулой, она не имеет постоянного дипольного момента и может взаимодействовать с другими молекулами того же типа только посредством лондонских дисперсионных сил.

Это причина того, что его красноватая жидкость дымится; в молекулах Br ₂ , хотя и относительно тяжелых, их межмолекулярные силы прочно удерживают их вместе.

Бром менее электроотрицателен, чем хлор, и поэтому менее привлекательно влияет на электроны в валентных оболочках. В результате ему требуется меньше энергии для прохождения более высоких энергетических уровней, поглощения зеленых фотонов и отражения красноватого цвета.

Кристаллы

Кристаллическая структура брома. Источник: Бен Миллс.

В газовой фазе молекулы Br ₂ значительно разделяются, пока между ними не происходит эффективного взаимодействия. Однако ниже точки плавления бром может замерзнуть с образованием красноватых кристаллов ромбической формы (верхнее изображение).

Обратите внимание, как молекулы Br ₂ расположены таким упорядоченным образом, что выглядят как «бромные черви». Здесь и при этих температурах (T <-7,2 ° C) дисперсионные силы достаточны, чтобы колебания молекул не разрушали кристалл немедленно; но все же некоторые из них будут постоянно сублимироваться.

Валентный слой и степени окисления

Электронная конфигурация брома:

3д ¹⁰ 4с ² 4п ⁵

Его валентная оболочка 3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁵ (хотя орбиталь 3d ¹⁰ не играет ведущей роли в ее химических реакциях). Электроны на 4s и 4p орбиталях являются крайними, их всего 7, всего в одном электроне от завершения валентного октета.

Из этой конфигурации можно вывести возможные степени окисления брома: -1, если он получает электрон, изоэлектронный криптону; +1, оставляя 3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁴ ; +3, +4 и +5, теряя все электроны с 4p-орбитали (3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁰ ); и +7, не оставляя электронов на 4s-орбитали (3d ¹⁰ 4s ⁰ 4p ⁰ ).

свойства

Внешность

Темно-красновато-коричневая дымящаяся жидкость. Он встречается в природе в виде двухатомной молекулы, атомы которой связаны ковалентной связью. Бром - это жидкость, более плотная, чем вода, и тонет в ней.

Атомный вес

79,904 г / моль.

Атомный номер

35.

запах

Едкий, удушающий и раздражающий дым.

Температура плавления

-7,2 ° С.

Точка кипения

58,8 ° С.

Плотность (Br

3,1028 г / см ³

Растворимость воды

33,6 г / л при 25 ° С. Растворимость брома в воде низкая и имеет тенденцию к увеличению с понижением температуры; поведение аналогично другим газам.

Растворимости

Легко растворим в спирте, эфире, хлороформе, четыреххлористом углероде, сероуглероде и концентрированной соляной кислоте. Растворим в неполярных и некоторых полярных растворителях, таких как спирт, серная кислота и многих галогенированных растворителях.

Тройная точка

265,9 К при 5,8 кПа.

Критическая точка

588 К при 10,34 МПа.

Теплота плавления (Br

10,571 кДж / моль.

Теплота испарения (Br

29,96 кДж / моль.

Молярная теплоемкость (Br

75,69 кДж / моль.

Давление газа

При температуре 270 К - 10 кПа.

Температура самовоспламенения

Не горюч.

точка воспламенения

113 ° С.

Температура хранилища

От 2 до 8 ºC.

Поверхностное натяжение

40,9 мН / м при 25 ° С.

Порог запаха

0,05 - 3,5 частей на миллион. 0,39 мг / м ³

Показатель преломления (ηD)

1.6083 при 20 ° C и 1.6478 при 25 ° C.

Электроотрицательность

2,96 по шкале Полинга.

Энергия ионизации

- Первый уровень: 1139,9 кДж / моль.

- Второй уровень: 2103 кДж / моль.

- Третий уровень: 3470 кДж / моль.

Атомное радио

120 часов.

Ковалентный радиус

120.3 вечера.

Радио Ван дер Ваальса

185 часов вечера.

Реактивность

Он менее активен, чем хлор, но более активен, чем йод. Это окислитель менее сильный, чем хлор, и более сильный, чем йод. Это также более слабый восстановитель, чем йод, но более сильный, чем хлор.

Пары хлора вызывают сильную коррозию многих материалов и тканей человека. Агрессивно в отношении многих металлических элементов, включая платину и палладий; но он не повреждает свинец, никель, магний, железо, цинк, а при температуре ниже 300 ºC - натрий.

Бром в воде претерпевает изменения и превращается в бромид. Он также может существовать в виде бромата (BrO ₃ ^- ), в зависимости от pH жидкости.

Благодаря своему окислительному действию бром может вызывать высвобождение свободных радикалов кислорода. Это сильные окислители, которые могут вызывать повреждение тканей. Кроме того, бром может самовоспламеняться в сочетании с калием, фосфором или оловом.

Приложения

Присадка к бензину

Дибромид этилена использовался для удаления потенциальных свинцовых отложений с автомобильных двигателей. После сгорания бензина, в котором в качестве добавки использовался свинец, бром соединялся со свинцом с образованием бромида свинца, летучего газа, который выбрасывался через выхлопную трубу.

Хотя бром удалял свинец из бензина, его разрушительное действие на озоновый слой было очень сильным, поэтому для этого применения он был отброшен.

Пестициды

Метилен или бромметилбромид использовался в качестве пестицида для очистки почв, особенно для уничтожения паразитических нематод, таких как анкилостомы.

Однако от использования большинства бромсодержащих соединений отказались из-за их разрушительного действия на озоновый слой.

Контроль выбросов ртути

На некоторых заводах бром используется для уменьшения выбросов ртути, очень токсичного металла.

фотография

Бромид серебра, помимо йодида серебра и хлорида серебра, используется в качестве светочувствительного соединения в фотоэмульсиях.

Лечебные действия

Бромид калия, а также бромид лития использовались в качестве общих седативных средств в XIX и начале XX веков. Бромиды в форме простых солей все еще используются в некоторых странах в качестве противосудорожных средств.

Однако в настоящее время FDA США не одобряет использование брома для лечения каких-либо заболеваний.

Огнестойкий материал

Бром превращается в пламени в бромистоводородную кислоту, которая препятствует реакции окисления, происходящей во время пожара, и вызывает его угасание. Бромсодержащие полимеры используются для изготовления огнезащитных смол.

Пищевая добавка

Следы бромата калия были добавлены в муку, чтобы улучшить приготовление.

Реагенты и промежуточные химические вещества

Бромистый водород используется в качестве восстановителя и катализатора органических реакций. Бром используется в качестве промежуточного химического соединения при производстве лекарств, гидравлических жидкостей, охлаждающих агентов, осушителей и препаратов для завивки волос.

Он также находит применение в производстве буровых растворов для скважин, продуктов для дезинфекции воды, отбеливателей, дезинфицирующих средств для поверхностей, красителей, топливных добавок и т. Д.

Биологическое действие

Исследование, проведенное в 2014 году, показывает, что бром является необходимым кофактором для биосинтеза коллагена IV, что делает бром важным элементом для развития тканей животных. Однако информации о последствиях дефицита элемента нет.

Где она находится

Бром коммерчески добывается из глубоких соляных шахт и соляных ям, обнаруженных в штате Арканзас и в Большом соленом озере в штате Юта, оба в Соединенных Штатах. Этот последний рассол имеет концентрацию брома 0,5%.

Для извлечения брома в рассол добавляют горячий газообразный хлор, чтобы окислить бромид-ионы в растворе, собирая элементарный бром.

Мертвое море, на границе между Иорданией и Израилем, является закрытым морем, которое находится ниже уровня моря, поэтому в нем очень высокая концентрация солей.

Бром и калий получают там коммерчески путем испарения соленой воды Мертвого моря. В этом море концентрация брома может достигать 5 г / л.

Он также содержится в высоких концентрациях в некоторых горячих источниках. Броминит, например, представляет собой минерал бромистого серебра, обнаруженный в Боливии и Мексике.

риски

Бром в жидком состоянии вызывает коррозию тканей человека. Но наибольшую опасность для человека представляют пары брома и их вдыхание.

Дыхание в среде с концентрацией брома 11–23 мг / м ³ вызывает сильные потрясения. Концентрация 30–60 мг / м ³ крайне вредна. Между тем концентрация 200 мг может быть фатальной.

Ссылки

1. Шивер и Аткинс. (2008). Неорганическая химия. (Четвертое издание). Мак Гроу Хилл.
2. Национальный центр биотехнологической информации. (2019). Бром. База данных PubChem. CID = 23968. Получено с: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. Росс Рэйчел. (8 февраля 2017 г.). Факты о броме. Получено с: livesscience.com
4. Wikipedia. (2019). Бура. Получено с: en.wikipedia.org
5. Lenntech BV (2019). Бром. Получено с: lenntech.com