БРОМ: ІСТОРІЯ, СТРУКТУРА, КОНФІГУРАЦІЯ ЕЛЕКТРОНІВ, ВЛАСТИВОСТІ, ВИКОРИСТАННЯ - ХІМІЯ - 2025

Брому є неметаллическим елемент , що належить до групи галогенів, групи 17 (VIIa) Періодичної таблиці. Його хімічний символ - Бр. Він постає як діатомічна молекула, атоми якої пов'язані ковалентним зв’язком, тому їй присвоюється молекулярна формула Br ₂ .

На відміну від фтору та хлору, бром у земних умовах - це не газ, а червонувато-коричнева рідина (зображення нижче). Це дим, і це разом з ртуттю - єдині рідкі елементи. Під ним йод, хоч і посилює свій колір і стає фіолетовим, може кристалізуватися у летюче тверде речовина.

Флакон з чистим рідким бромом. Джерело: Зображення високої здатності хімічних елементів

Бром був відкритий незалежно в 1825 році Карлом Левігом, який навчався під керівництвом німецького хіміка Леопольда Гмеліна; а в 1826 р. французьким хіміком Антуаном-Жером Балардом. Однак опублікування експериментальних результатів Баларда передувало Левігу.

Бром - це 62-й найпоширеніший елемент на Землі, який розповсюджується в низьких концентраціях по всій земній корі. У морі середня концентрація - 65 проміле. Організм людини містить 0,0004% брому, його функція остаточно не відома.

Цей елемент комерційно експлуатується в розсолах або місцях, які через особливі умови є місцями високої концентрації солей; наприклад, Мертве море, до якого сходяться води сусідніх територій, насичене солями.

Це корозійний елемент, здатний атакувати метали, такі як платина та паладій. Розчинений у воді, бром також може чинити свою корозійну дію на тканини людини, погіршуючи ситуацію, оскільки може утворюватися бромистоводнева кислота. Що стосується його токсичності, вона може завдати значної шкоди органам, таким як печінка, нирки, легені та шлунок.

Бром дуже шкідливий в атмосфері, будучи в 40-100 разів більш руйнівним для озонового шару, ніж хлор. Половина втрати озонового шару в Антарктиді викликається реакціями, пов'язаними з бромометилом, сполукою, що використовується як фумігант.

Він має численні застосування, такі як: вогнезахисні речовини, відбілювачі, поверхневі дезінфікуючі засоби, добавки до палива, проміжні речовини у виробництві седативних засобів, у виробництві органічних хімічних речовин тощо.

Історія

Робота Карла Левіга

Бром був відкритий незалежно і майже одночасно Карлом Якобом Левігом, німецьким хіміком у 1825 році, та Антуаном Балард, французьким хіміком у 1826 році.

Карл Левіг, учень німецького хіміка Леопольда Гмеліна, зібрав воду з джерела в Бад-Кройцнах і додав до нього хлор; Після додавання ефіру рідку суміш перемішували.

Потім ефір відганяли і концентрували випарюванням. В результаті він отримав червонувато-коричневу речовину, яка була бром.

Робота Антуана Баларда

Балард, зі свого боку, використовував попіл із коричневих водоростей, відомих як фукус, і змішував їх з розсолом, витягнутим із соляних квартир Монпельє. Таким чином, він виділив бром, пропускаючи хлор через водний матеріал, підданий екстракції, в якому присутній бромід магнію, MgBr ₂ .

Згодом матеріал переганяли у присутності діоксиду марганцю та сірчаної кислоти, утворюючи червоні пари, що конденсувалися у темну рідину. Балард подумав, що це новий елемент, і назвав його muride, що походить від латинського слова muria, яким позначався розсіл.

Повідомлялося, що Балард змінив ім'я з мурида на бром за пропозицією Англади або Гей-Люссака, виходячи з того, що бром означає фол, що визначає запах виявленої стихії.

Результати були опубліковані Белардом у «Annales of Chemie and Physique», перш ніж Левіг опублікував свої.

Лише з 1858 р. Можна було виробляти бром у значних кількостях; Рік, коли були відкриті та експлуатуються родовища солі Штасфурта, отримуючи бром як побічний продукт калію.

Будова та електронна конфігурація брому

Молекула

Молекула Br2. Джерело: Benjah-bmm27.

На зображенні вище показана молекула брому, Br ₂ , з компактним малюнком наповнення. Власне, між двома атомами брому існує одна ковалентна зв'язок, Br-Br.

Будучи однорідною і діатомовою молекулою, їй не вистачає постійного дипольного моменту і може взаємодіяти з іншими людьми того ж типу за допомогою лондонських дисперсійних сил.

Це причина, чому його червонувата рідина випаровується; Молекули Br ₂ , хоча і відносно важкі, їх міжмолекулярні сили вільно утримують їх.

Бром менш електронегативний, ніж хлор, тому має менш привабливий вплив на електрони у валентних оболонках. Як результат, йому потрібно менше енергії для подорожі більш високого рівня енергії, поглинаючи зелені фотони та відображаючи червонуватий колір.

Кристали

Бром кристалічна структура. Джерело: Бен Міллс.

У газовій фазі молекули Br ₂ значно розділяються, поки між ними не буде ефективних взаємодій. Однак нижче температури плавлення бром може замерзнути у червонуваті орторомбічні кристали (зверху зображення).

Зауважте, як молекули Br ₂ розташовані таким чином впорядковано, що вони виглядають як "бромові хробаки". Тут і при цих температурах (Т <-7,2 ° С) дисперсійні сили є достатніми, щоб коливання молекул не руйнували кристал відразу; але все ж декілька з них будуть постійно сублімувати.

Валентний шар та стани окислення

Електронна конфігурація брому:

3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁵

Будучи 3d ¹⁰ 4s ² 4p ^5, його валентна оболонка (хоча 3d ¹⁰ орбіталь не відіграє провідної ролі в її хімічних реакціях). Електрони на орбіталях 4s і 4p - це найбільш зовнішня, налічуючи 7, лише один електрон від відставання від валентного октету.

З цієї конфігурації можна вивести можливі стани окислення брому: -1, якщо він отримує електрон, який буде ізоелектронним до криптону; +1, залишаючи 3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁴ ; +3, +4 і +5, втрачаючи всі електрони з орбіталі 4p (3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁰ ); і +7, не залишаючи електронів на орбіталі 4s (3d ¹⁰ 4s ⁰ 4p ⁰ ).

Властивості

Зовнішність

Темно-червонувато-коричнева димяча рідина. Він зустрічається в природі як діатомічна молекула, з атомами, пов'язаними ковалентним зв’язком. Бром рідкий, ніж вода, і в ньому тоне.

Атомна вага

79,904 г / моль.

Атомне число

35.

Запах

Гострий, задушливий і дратівливий дим.

Точка плавлення

-7,2 ° С.

Точка кипіння

58,8 ° C.

Щільність (Br

3,1028 г / см ³

Розчинність у воді

33,6 г / л при 25 ° С. Розчинність брому у воді низька і має тенденцію до підвищення зі зниженням температури; поведінка, подібна до поведінки інших газів.

Розчинність

Вільно розчинний у спирті, ефірі, хлороформі, тетрахлориді вуглецю, сірководню та концентрованій соляній кислоті. Розчинний у неполярних та деяких полярних розчинниках, таких як спирт, сірчана кислота та у багатьох галогенованих розчинниках.

Потрійна точка

265,9 К при 5,8 кПа.

Критична точка

588 К при 10,34 МПа.

Теплота плавлення (Br

10,571 кДж / моль.

Теплота випаровування (Br

29,96 кДж / моль.

Молярна теплоємність (Br

75,69 кДж / моль.

Тиск пари

При температурі 270 К 10 кПа.

Температура автоматичного займання

Не горючий.

точка займання

113 ° С.

Температура зберігання

Від 2 до 8 ºC.

Поверхневе натягнення

40,9 мН / м при 25 ° С.

Поріг запаху

0,05 - 3,5 проміле. 0,39 мг / м ³

Індекс заломлення (ηD)

1,6083 при 20 ° С та 1,6478 при 25 ° С.

Електронегативність

2,96 за шкалою Полінга.

Енергія іонізації

- Перший рівень: 1139,9 кДж / моль.

- Другий рівень: 2,103 кДж / моль.

- Третій рівень: 3,470 кДж / моль.

Атомне радіо

120 вечора.

Ковалентний радіус

120.3 вечора.

Радіо Ван дер Ваальс

185 вечора.

Реактивність

Він менш реакційноздатний, ніж хлор, але більш реакційноздатний, ніж йод. Це окисник менш сильний, ніж хлор і сильніший за йод. Це також слабший відновник, ніж йод, але сильніше хлору.

Пари хлору сильно роз’їдають багато матеріалів та тканини людини. Нападає на багато металевих елементів, включаючи платину та паладій; але він не атакує свинець, нікель, магній, залізо, цинк і при температурі 300 ºC ні натрій.

Бром у воді зазнає змін і перетворюється на бромід. Він також може існувати як бромат (BrO ₃ ^- ), залежно від рН рідини.

Завдяки своїй окислювальній дії бром може індукувати викид вільних радикалів кисню. Це сильні окислювачі і можуть спричинити пошкодження тканин. Також бром може мимовільно запалюватися при поєднанні з калієм, фосфором або оловом.

Програми

Бензинова добавка

Для видалення потенційних відкладів свинцю з автомобільних двигунів використовували етиленбромід. Після згоряння бензину, який використовував свинець в якості добавки, бром поєднувався зі свинцем, утворюючи бромід свинцю - летючий газ, який викидався через задню трубу.

Хоча бром виводив свинцю з бензину, його руйнівна дія на озоновий шар була дуже потужною, саме тому він був відкинутий для цього застосування.

Пестициди

Метилен або бромометилбромід використовували як пестицид для очищення ґрунтів, особливо для усунення паразитарних нематод, таких як анкилостома.

Однак використання більшості сполук, що містять бром, було відмовлено через руйнівну дію на озоновий шар.

Контроль викидів ртуті

Бром використовується на деяких заводах для зменшення викиду ртуті, дуже токсичного металу.

Фотографія

Бромід срібла, крім йодиду срібла та хлориду срібла, застосовується як світлочутливе з'єднання у фотоемульсіях.

Лікувальні дії

Бромід калію, а також бромід літію використовували як загальнозміцнюючі заспокійливі засоби у ХІХ та на початку 20 століття. Броміди у вигляді простих солей досі застосовуються в деяких країнах як протисудомні засоби.

Однак FDA США не схвалює використання брому для лікування будь-якого захворювання сьогодні.

Антипірен

Бром перетворюється полум’ям у бромоводородну кислоту, яка перешкоджає реакції окислення, що виникає під час пожежі, і спричиняє її згасання. Бромсодержащіе полімери використовуються для виготовлення вогнезахисних смол.

Харчова добавка

Сліди бромату калію були додані до борошна для поліпшення готування.

Реагенти та хімічні проміжні продукти

Бромід водню використовується як відновник і каталізатор органічних реакцій. Бром використовується як хімічний проміжний продукт у виробництві лікарських засобів, гідравлічних рідин, охолоджуючих речовин, осушувачів, а також у препаратах для завивки волосся.

Він також знаходить застосування у виробництві свердловин для свердловин, продуктів для дезінфекції води, відбілювачів, поверхневих дезінфікуючих засобів, барвників, паливних добавок тощо.

Біологічна дія

Дослідження, проведене в 2014 році, свідчить про те, що бром є необхідним кофактором для біосинтезу колагену IV, що робить бром важливим елементом для розвитку тканини тварин. Однак інформації про наслідки дефіциту стихії немає.

Де це знаходиться

Бром комерційно видобувається з глибоких соляних шахт і розсольних ям, що знаходяться в штаті Арканзас, а також у Великому Соляному озері Юта, як у Сполучених Штатах. Цей останній розсіл має концентрацію брому 0,5%.

Для вилучення брому гарячий газоподібний хлор додають до розсолу для окислення іонів броміду в розчині, збираючи елементарний бром.

Мертве море, що знаходиться на кордоні між Йорданією та Ізраїлем, - це закрите море, яке знаходиться нижче рівня моря, через що в ньому дуже висока концентрація солей.

Бром та поташ отримують там комерційно шляхом випаровування високосолоної води з Мертвого моря. У цьому морі концентрація брому може досягати 5 г / л.

Він також міститься у високій концентрації в деяких гарячих джерелах. Наприклад, бромініт - мінерал броміду срібла, який зустрічається в Болівії та Мексиці.

Ризики

Бром у рідкому стані є агресивним для тканин людини. Але найбільша небезпека для людини виникає від брому та їх вдихання.

Дихання в навколишньому середовищі з концентрацією брому 11–23 мг / м ³ призводить до сильних потрясінь. Концентрація 30–60 мг / м ³ надзвичайно шкідлива. Тим часом концентрація 200 мг може бути фатальною.

Список літератури

1. Шивер і Аткінс. (2008). Неорганічна хімія. (Четверте видання). Mc Graw Hill.
2. Національний центр інформації про біотехнології. (2019). Бром. PubChem База даних. CID = 23968. Відновлено з: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. Росс Рейчел. (8 лютого 2017 р.). Факти про бром. Відновлено з: livesscience.com
4. Вікіпедія. (2019). Боракс. Відновлено з: en.wikipedia.org
5. Lenntech BV (2019). Бром. Відновлено з: lenntech.com