БРОМ: ИСТОРИЯ, СТРУКТУРА, ЕЛЕКТРОННА КОНФИГУРАЦИЯ, СВОЙСТВА, ПРИЛОЖЕНИЯ - ХИМИЯ

На бром е неметален елемент, принадлежащ към групата на халогени, група 17 (VIIA) на Периодичната таблица. Неговият химичен символ е Br. Той се появява като диатомична молекула, чиито атоми са свързани с ковалентна връзка, поради което на нея се присвоява молекулната формула Br ₂.

За разлика от флуор и хлор, бромът в земните условия не е газ, а червеникаво-кафява течност (изображението по-долу). Изпарява се и е заедно с живак, единствените течни елементи. Под него йодът, въпреки че усилва цвета си и се превръща в лилаво, може да кристализира в летливо твърдо вещество.

Флакон с чист течен бром. Източник: Hi-Res изображения на химически елементи

Бромът е открит независимо през 1825 г. от Карл Льовиг, който учи под ръководството на немския химик Леополд Гмелин; и през 1826 г. от френския химик Антоан-Жером Балард. Публикуването на експерименталните резултати на Балард предшества тези на Левиг.

Бромът е 62-ият най-разпространен елемент на Земята, разпределен в ниски концентрации в земната кора. В морето средната концентрация е 65 ppm. Човешкото тяло съдържа 0,0004% бром, като функцията му не е окончателно известна.

Този елемент се използва в търговска мрежа в саламури или места, които поради специални условия са места с висока концентрация на соли; например Мъртво море, до което се сближават водите на съседните територии, наситени със соли.

Това е корозивен елемент, способен да атакува метали, като платина и паладий. Разтворен във вода, бромът може също да окаже корозиращото си действие върху човешките тъкани, като влошава ситуацията, защото може да се генерира бромоводородна киселина. По отношение на неговата токсичност може да причини значителни щети на органи като черния дроб, бъбреците, белите дробове и стомаха.

Бромът е много вреден в атмосферата, като е 40-100 пъти по-разрушителен за озоновия слой от хлора. Половината от загубата на озоновия слой в Антарктида се произвежда от реакции, свързани с бромометил, съединение, използвано като фумигант.

Има многобройни приложения, като: огнезащитен, избелващ агент, повърхностен дезинфектант, добавка към гориво, междинен продукт при производството на успокоителни, в производството на органични химикали и др.

история

Работа на Карл Льовиг

Бромът е открит независимо и почти едновременно от Карл Джейкъб Льовиг, немски химик през 1825 г., и от Антоан Балард, френски химик през 1826 г.

Карл Льовиг, ученик на германския химик Леополд Гмелин, събира вода от извор в Бад Кройцнах и добавя хлор към него; След добавяне на етера, течната смес се разбърква.

След това етерът се дестилира и концентрира чрез изпаряване. В резултат той получи червеникавокафяво вещество, което беше бром.

Работата на Антоан Балард

От своя страна Балард използва пепел от кафяви водорасли, известни като фукус, и ги смесва със солев разтвор, извлечен от солниците в Монпелие. Така той освобождава бром, хлор, минаваща през водния материал се подлага на екстракция, в която магнезиев бромид, MgBr ₂, присъства.

Впоследствие материалът се дестилира в присъствието на манганов диоксид и сярна киселина, като се получават червени пари, които се кондензират в тъмна течност. Балард мислеше, че това е нов елемент, и го нарече убийство, произлизащо от латинската дума muria, с която саламурата е обозначена.

Съобщава се, че Балард е променил името от убийство на бром по предложение на Англада или Гей-Лусак, въз основа на факта, че бром означава фал, което определя миризмата на открития елемент.

Резултатите са публикувани от Белард в „Аналите на Химия и Физика“, преди Льовиг да публикува своите.

Само от 1858 г. нататък е възможно да се получи бром в значителни количества; Годината находищата на сола в Стасфурт са открити и експлоатирани, като се получава бром като страничен продукт на поташ.

Структура и електронна конфигурация на брома

молекула

Br2 молекула. Източник: Benjah-bmm27.

Изображението по-горе показва молекулата на брома, Br ₂, с компактен модел на пълнене. Всъщност има една ковалентна връзка между двата атома бром, Br-Br.

Като хомогенна и диатомична молекула, тя няма постоянен диполен момент и може да взаимодейства само с други от същия тип с помощта на лондонски дисперсионни сили.

Това е причината червеникавата му течност да се разпарява; в Br ₂ молекули, макар и относително тежки, техните междумолекулни сили ги държат свободно заедно.

Бромът е по-малко електроотрицателен от хлора и следователно има по-малко атрактивен ефект върху електроните във валентните обвивки. В резултат на това се изисква по-малко енергия за пътуване с по-високи енергийни нива, абсорбиращи зелени фотони и отразяващи червеникав цвят.

кристали

Бром кристална структура. Източник: Бен Милс.

В газова фаза, Br на ₂ молекули отделят значително, докато няма ефективни взаимодействия между тях. Въпреки това, под своята точка на топене, бромът може да замръзне в червеникави орторомбични кристали (горно изображение).

Обърнете внимание как молекулите на Br ₂ са подредени по такъв подреден начин, че да приличат на „бром червеи“. Тук и при тези температури (Т <-7.2 ° С) дисперсионните сили са достатъчни, така че вибрациите на молекулите да не срутват веднага кристала; но все пак, няколко от тях постоянно ще се сублимира.

Валентния слой и окислителни състояния

Електронната конфигурация на брома е:

3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁵

Да бъде 3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁵ валентната му обвивка (въпреки че 3d ¹⁰ орбиталата не играе водеща роля в своите химически реакции). Електроните в орбиталите 4s и 4p са най-външните, общо 7, само на един електрон от попълването на валентния октет.

От тази конфигурация могат да се изведат възможните окислителни състояния на бром: -1, ако той спечели електрон, който да бъде изоелектронно до криптон; +1, оставяйки 3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁴; +3, +4 и +5, губейки всички електрони от 4p орбиталата (3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁰); и +7, като не оставят електрони в 4s орбитала (3d ¹⁰ 4s ⁰ 4p ⁰).

Имоти

Външен вид

Тъмно червеникавокафява изпаряваща течност. Той се среща в природата като диатомична молекула, като атомите са свързани чрез ковалентна връзка. Бромът е течност по-гъста от водата и потъва в нея.

Атомно тегло

79.904 g / mol.

Атомно число

35.

миризма

Остър, задушаващ и дразнещ дим.

Точка на топене

-7.2 ° С.

Точка на кипене

58,8 ° C.

Плътност (Br

3.1028 гр / см ³

Разтворимост във вода

33,6 g / L при 25 ° C. Разтворимостта на бром във вода е ниска и има тенденция да се увеличава с понижаване на температурата; поведение, подобно на това на другите газове.

разтворимости

Свободно разтворим в алкохол, етер, хлороформ, въглероден тетрахлорид, въглероден дисулфид и концентрирана солна киселина. Разтворим в неполярни и някои полярни разтворители като алкохол, сярна киселина и в много халогенирани разтворители.

Тройна точка

265.9 K при 5.8 kPa.

Критична точка

588 К при 10,34 МРа.

Топлина на синтез (Br

10.571 kJ / mol.

Топлина на изпаряване (Br

29,96 kJ / mol.

Моларен топлинен капацитет (Br

75,69 kJ / mol.

Парно налягане

При температура 270 K, 10 kPa.

Температура на автоматично запалване

Не запалим.

точка на запалване

113 ° С.

Температура на съхранение

От 2 до 8 ° C.

Повърхностно напрежение

40,9 mN / m при 25 ° C.

Праг на мирис

0,05 - 3,5 ppm. 0,39 mg / m ³

Индекс на пречупване (ηD)

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

Електроотрицателност

2,96 по скалата на Полинг.

Йонизационна енергия

- Първо ниво: 1,139,9 kJ / mol.

- Второ ниво: 2,103 kJ / mol.

- Трето ниво: 3,470 kJ / mol.

Атомно радио

120 вечерта.

Ковалентен радиус

120.3 вечерта.

Радио Ван дер Ваалс

185 ч.

реактивност

Той е по-малко реактивен от хлора, но по-реактивен от йода. Той е окислител, по-малко силен от хлора и по-силен от йода. Освен това е по-слаб редуциращ агент от йода, но по-силен от хлора.

Хлорните пари са силно разяждащи за много материали и човешки тъкани. Атакува много метални елементи, включително платина и паладий; но не атакува олово, никел, магнезий, желязо, цинк и под 300 ºC нито натрий.

Бромът във вода претърпява промяна и се превръща в бромид. Тя може също така да съществуват като бромат (BRO ₃ ^-), в зависимост от рН на течността.

Благодарение на окислителното си действие, бромът може да индуцира отделянето на кислород без радикали. Това са силни окислители и могат да причинят увреждане на тъканите. Също така бромът може да се запали спонтанно, когато се комбинира с калий, фосфор или калай.

Приложения

Бензинова добавка

Етилен дибромидът е използван за отстраняване на потенциални оловни отлагания от автомобилни двигатели. След изгарянето на бензин, който използва олово като добавка, бромът, комбиниран с олово, образува оловен бромид, летлив газ, който се изхвърля през изпускателната тръба.

Въпреки че бромът отстранява оловото от бензин, разрушителното му действие върху озоновия слой е много мощно, поради което е изхвърлен за това приложение.

пестициди

Метилен или бромометилбромид се използва като пестицид за пречистване на почвите, особено за елиминиране на паразитни нематоди, като анкилостома.

Използването на повечето от съдържащите бром съединения обаче е отхвърлено поради разрушителното им действие върху озоновия слой.

Контрол на емисиите на живак

Бромът се използва в някои инсталации за намаляване на емисиите на живак, много токсичен метал.

Фотография

Сребърен бромид, в допълнение към сребърен йодид и сребърен хлорид, се използва като светлочувствително съединение във фотографските емулсии.

Терапевтични действия

Калиевият бромид, както и литиевият бромид, са използвани като общи успокоителни средства през 19 и началото на 20 век. Бромидите под формата на прости соли все още се използват в някои страни като антиконвулсанти.

Въпреки това, FDA на САЩ не одобрява употребата на бром за лечение на някое заболяване днес.

Огнезащитен

Бромът се трансформира от пламъци в бромоводородна киселина, която пречи на реакцията на окисляване, която възниква по време на пожар, и причинява неговото гасене. Бром-съдържащи полимери се използват за направата на огнезащитни смоли.

Хранителна добавка

Следи от калиев бромат са добавени към брашното за подобряване на готвенето.

Реагенти и химически междинен продукт

Водородният бромид се използва като редуциращ агент и катализатор за органични реакции. Бромът се използва като химичен междинен продукт при производството на лекарства, хидравлични течности, охлаждащи агенти, обезвлажнители и в препарати за къдрене на коса.

Той намира приложение и при производството на сондажни течности, продукти за дезинфекция на водата, избелващи средства, повърхностни дезинфектанти, багрила, добавки за гориво и др.

Биологично действие

Изследване, проведено през 2014 г., показва, че бромът е необходим кофактор за биосинтезата на колаген IV, което прави брома основен елемент за развитието на животинската тъкан. Няма обаче информация за последиците от дефицита на елемента.

Къде се намира

Бромът се добива в търговската мрежа от дълбоки солни мини и солни рудници, открити в щата Арканзас и в Голямото солено езеро на Юта, както в Съединените щати. Тази последна саламура има концентрация на бром 0,5%.

За извличане на брома горещият газообразен хлор се добавя към саламура, за да се окисляват бромидните йони в разтвора, като се събира елементарният бром.

Мъртво море, на границата между Йордания и Израел, е затворено море, което е под морското равнище, което го прави много висока концентрация на соли.

Бромът и поташът се получават там търговски чрез изпаряване на високо солената вода от Мъртво море. В това море концентрацията на бром може да достигне 5 g / L.

Той се намира и във високи концентрации в някои горещи извори. Броминитът например е минерал от сребърен бромид, открит в Боливия и Мексико.

Рискове

Бромът в течно състояние е разяждащ за човешките тъкани. Но най-голямата опасност за човека идва от бромовите изпарения и тяхното вдишване.

Дишането в среда с концентрация на бром 11-23 mg / m ³ предизвиква тежки сътресения. Концентрацията от 30–60 mg / m ³ е изключително вредна. Междувременно концентрация от 200 mg може да бъде фатална.

Препратки

Шивър и Аткинс. (2008 г.). Неорганична химия. (Четвърто издание). Mc Graw Hill.
Национален център за информация за биотехнологиите. (2019). Бром. PubChem база данни. CID = 23968. Възстановени от: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
Рос Рейчъл. (8 февруари 2017 г.). Факти за брома. Възстановени от: livesscience.com
Wikipedia. (2019). Боракс. Възстановено от: en.wikipedia.org
Lenntech BV (2019). Бром. Възстановена от: lenntech.com

БРОМ: ИСТОРИЯ, СТРУКТУРА, ЕЛЕКТРОННА КОНФИГУРАЦИЯ, СВОЙСТВА, ПРИЛОЖЕНИЯ - ХИМИЯ - 2025