Содержание

Определение

Свойства атома

История открытия

Получение

Физические свойства

Химические свойства

Распространение брома в природе

Соединения брома

Применение

 Определение

Бром — элемент главной подгруппы седьмой группы четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Дмитрия Ивановича Менделеева, атомный номер 35. Обозначается символом Br. Химически активный неметалл, относится к группе галогенов. Простое вещество бром (CAS-номер: 7726-95-6) при нормальных условиях — тяжёлая жидкость красно-бурого цвета с сильным неприятным запахом. Молекула брома двухатомна (формула Br2).

 Качественно бром обнаруживают по красно-фиолетовому окрашиванию фуксина, розовому - эозина, желтому - слоя органического растворителя (напр., СС14), а также реакцией с флуоресцеином. Количественный анализ осуществляют иодометрически, аргентометрически, меркуриметрически, а также потенциометрическим титрованием.

 Свойства атома

Атомная масса (молярная масса) - 79,904 а. е. м. (г/моль)

Радиус атома n/a пм

Энергия ионизации (первый электрон) - 1142,0 (11,84) кДж/моль (эВ)

Электронная конфигурация [Br] 3d104s24p5

 История открытия

Начнем статью об этом элементе словами Антуана Жерома Балара, первооткрывателя брома: «Точь-в-точь как ртуть есть единственный металл, который имеет жидкую фазу при комнатной температуре, бром есть единственный жидкий неметалл». «Единственный жидкий неметалл» – жизненно важный элемент.

История открытия брома очень скромна. Выделить бром, как и иод, оказалось довольно легко, однако он был открыт несколько позднее остальных галогенов. Бром -  рассеянный элемент. Минералы, в которых бром главная составная часть, редко встречаются в природе. Наиболее известен из них бромаргирит, или бромирит, AgBr. Намного больше брома содержится в морской воде, в водах минеральных источников, в морских водорослях. Известны некоторые губки, моллюски и кораллы, тела которых состоят главным образом из органических соединений брома. Высоко ценившийся в древности краситель пурпур (дибромнидиго) добывался из некоторых видов морских моллюсков.

В 1826 г. в одном из французских научных журналов появилась статья «Мемуар о специфическом веществе, содержащемся в морской воде». Она была подписана неким А. Баларом, препаратором в фармацевтической школе в городе Монпелье, на юге Франции.

Небольшой французский город Монпелье знаменит своим университетом, старейшим в стране, основанным еще в XIII в. Но еще старше соляной промысел, существовавший в этом городе с незапамятных времен. Солнце испаряло морскую воду из специальных бассейнов, вырытых на берегу, соль кристаллизовалась, ее вычерпывали, а оставшиеся растворы (их называют маточными или просто маточниками) выплескивали обратно в море.

Антуан Жером Балар работал препаратором у профессора Ангада, преподававшего химию в университете и в Фармакологической школе при университете.

Первой самостоятельной темой Балара было исследование соляных маточных растворов и морских прибрежных водорослей.

Прежде всего, он нашел в маточниках сернокислый натрий. Открытие не бог весть какое, но именно оно заставило молодого химика предпринять более детальное исследование. Он воздействовал на раствор разными реактивами и установил, что струя газообразного хлора, пропущенная через маточник, придает ему красно-бурую окраску.

Изучая флору соляных болот, Балар заметил осадок каких-то солей, выкристаллизовавшихся из маточных растворов после добычи из них обыкновенной соли. Желая найти какое-либо применение этим солям, он начал испытывать этот осадок, использовал большое число различных реактивов, проделал много самых разнообразных опытов. В ходе этих опытов от его внимания не могло ускользнуть одно обстоятельство: всякий раз, когда он пропускал через раствор остаточных солей хлор, этот раствор становился красно-бурым. Балар еще ближе стал к открытию, когда заметил, что полученный из золы водоросли щелок при обработке его хлорной водой с крахмалом проявлял необыкновенные свойства – после некоторого времени в жидкости появлялись два слоя: один (нижний) – синий, а другой (верхний) – интенсивного желтого цвета.

В 1825 г. А. Балар при обработке хлорной водой щелока из золы морских водорослей выделил красно-бурую жидкость с резким, неприятным запахом. Предположив, что это вещество хлорид иода, А. Балар тщетно пытался обнаружить иод. Также ему не удалось и разложить это вещество. Изучив физические и химические свойства нового соединения, А. Балар пришел к выводу, что обнаружил простое вещество, очень пoхожее на хлор и иод по его химическим признакам, образующее аналогичные соединения, но имеющее характерные различия в его физических свойствах и химическом поведении.

А. Балар назвал новое вещество муридом (от латинского слова muria - рассол). 15 ноября 1825 г. исследователь послал сообщение об открытии в Парижскую Академию наук, которое было заслушано 3 июля 1826 г. Специальная комиссия, в состав которой вошли знаменитые химики Ж. Гей-Люссак, Л. Теннар и Л. Воклен, 14 августа 1826 г. подтвердила открытие А. Балара. Комиссия, получив бром согласно методам Балара и изучив его свойства, пришла к единодушному выводу, что бром является новым простым веществом. Комиссией было предложено для этого вещества другое название - бром (от греческого слова «бромос» - зловонный, дурно пахнущий). В то время соляная кислота называлась муриевой, а соли ее - муриатами, так что название, предложенное А. Баларом, могло привести к недоразумениям. В заключение комиссия отметила, что открытие брома очень важный этап в химии и включает Балара в почетный круг крупных ученых.

За открытие брома А. Балару была присуждена медаль Лондонского Королевского союза, которая давалась лишь за крупные научные заслуги. Но Л. Балар был не единственным, кому удалось выделить бром.

В 1825 г. студент Гейдельбергского университета К. Людвиг, работавший в лаборатории известного профессора химии и медицины Л. Гмелина, во время каникул изучал состав волы из минерального источника в немецком городе Крейцнахе. Он сразу же заинтересовал своего учителя – профессора Леопольда Гмелина – привезенной из дома какой-то странной жидкостью. Левиг получил эту жидкость следующим путем: он пропустил хлор в раствор, который оставался после кристаллизации солей, из одного источника на его родине. Образовавшееся вещество он извлек эфиром, а затем отогнал эфир и в результате получил какую-то тяжелую темно-красную жидкость с весьма неприятным запахом. Заинтересовавшись работой К. Людвига, Л. Гмелин посоветовал ему получить побольше этого вещества, чтобы детально изучить его свойства. Но пока К. Людвиг готовил значительные количества красно-бурой жидкости, научный мир узнал об открытии А. Балара.

А. Балар «отнял» открытие брома не только у К. Людвига, тогда еще никому не известного студента, но и у крупного немецкого химика Ю. Либиха.

Незадолго до открытия брома Ю. Либих получил для анализа бутыль с жидкостью, окрашенной в темно-красный цвет. Не производя химического анализа, на основании внешнего вида и запаха, Ю. Либих заключил, что жидкость является соединением хлора с иодом. Узнав об открытии А. Балара, он немедленно подверг анализу содержимое бутыли и убедился, что он упустил из рук открытие брома. Досадуя на себя, Ю. Либих с раздражением высказался: «Не Балар открыл бром, а бром открыл Балара».

В 1824 г. немецкие химики Д. Джосс и В. Мейснер также были очень близки к открытию брома, однако первый принял его за selenium, а второй - за хлорид иода. Лишь после публикации Балара они получили возможность убедиться в своей ошибке.

Детальное исследование свойств брома и некоторых его соединений выполнил сам А. Балар. Ему удалось синтезировать и изучить свойства соединений брома с хлором, иодом, серой, фосфором, углем. Он получил бромоводород, бромиды, гипобромиты, броматы и их кислоты. С тех пор прошло около 150 лет, и за это время в биографии брома и его многочисленных соединений почти не осталось «белых пятен».

 Получение

Промышленное производство брома началось в 1865 на базе Страссфуртского соляного месторождения в германии, двумя годами позже бром стали добывать в США, в штате Вирджиния. В 1924 на борту судна «Этила» была продемонстрирована возможность добычи брома из морской воды, а в 1934 организовано промышленное производство, основанное на этом методе. В Российской Федерации первый бромный завод был построен в 1917 на соляном озере Сакское.

Все промышленные способы получения брома из соляных растворов основаны на его вытеснении хлором из бромидов:

MgBr2 + Cl2 = MgCl2 + Br2

Другие предложенные способы извлечения брома из хлорированного рассола: экстракция углеводородами или адсорбция ионообменными смолами – не получили широкого распространения.

Часть используемых в промышленности растворов бромидов (в США до 35%) отправляют на повторную переработку с целью получения дополнительных количеств брома.

Для получения бром используют морскую воду, озерные и подземные рассолы, а также щелока калийного производства (концентрация бром до 4-5 кг/M3), содержащие бром в виде Вr-. Бром выделяют пропусканием С12 с последующей отгонкой с водяным паром (при концентрации бром в растворе более 1 кг/M3) или воздухом в насадочных колоннах из керамики, стекла или Ti. Растворы, имеющие щелочную реакцию, предварительно подкисляют (обычно H2SO4) до рН 2,5-3,0. В верхнюю часть колонны подается подогретый реакционный раствор, снизу - водяной пар и несколько выше - С12. Пары, выходящие из колонны, конденсируют. Далее бром отделяют от воды и очищают от примесей С12 и органических соединений ректификацией. Применение воздуха вместо водяного пара позволяет использовать растворы с содержанием бром менее 1 кг/M3. Раствор после обработки С12 подают в верхнюю часть колонны, снизу - воздух. Из образовавшейся бромвоздушной смеси бром улавливают раствором FeBr2; получаемый при этом FeBr3 восстанавливают железными стружками до FeBr2.

По другому способу к бромовоздушной смеси добавляют SO2, который в присутствии паров воды образует с бром смесь НВг и H2SO4; бром выделяют действием С12. Для поглощения бром могут быть использованы растворы NaOH или Na2CO3 (3Na2CO3 + 3Br2 = 5NaBr + NaBrO3 + ЗСО2). В этом случае бром выделяют действием H2SO4. Остаточный бром в отработанных растворах обезвреживают Na2S2O3.

Бром получают химическим путём из рассола Br-:

 Физические свойства

При обычных условиях бром — красно-бурая жидкость с резким неприятным запахом, в отраженном свете темно-фиолетового, почти черного цвета, в проходящем - темно-красного; легко образует желто-бурые пары; ядовит, при соприкосновении с кожей образуются ожоги. Твердый бром - красно-коричневые игольчатые кристаллы со слабым металлическим блеском, которые при — 252 °С становятся бесцветными. Плотность при 0 °C — 3, 19 г./см³.

Температура плавления (затвердевания) брома −7,2 °C, кипения - 58,8 °C, при кипении бром превращается из жидкости в буро-коричневые пары, при вдыхании раздражающие дыхательные пути.

Стандартный электродный потенциал Br²/Вr- в водном растворе равен +1,065 В.

Обычный бром состоит из изотопов 79Br (50,56 %) и 81Br (49,44 %). Но физики доказали, что у атомов брома-80 есть два «сорта» ядер и тем самым открыли изомерию ядер искусственных изотопов. После этого и само явление получило «права гражданства».

Сейчас известно уже больше 100 ядерных изомеров, а число искусственных изотопов брома достигло 16. Некоторые из них применяют на практике. Так, изотопом бром-82 наряду с кобальтом-60 и натрием-24 лечат некоторые злокачественные опухоли. С помощью того же изотопа (его период полураспада 35,8 часа) исследовали механизм действия бромсодержащих лечебных препаратов. Что же касается стабильных изотопов брома с массовыми числами 79 и 81, то они распространены почти одинаково. Именно поэтому атомный вес элемента №35 близок к 80, он равен 79,904; легкого изотопа в природном броме немного больше.

Молярная теплоёмкость 75,69 Дж/(K·моль)

Теплопроводность 0,005 Вт/(м·K)

Температура плавления 265,9 K

Теплота плавления (Br—Br) 10,57 кДж/моль

Температура кипения 331,9 K

Теплота испарения (Br—Br) 29,56 кДж/моль

Молярный объём 23,5 см³/моль

Структура решётки орторомбическая

Параметры решётки a=6,67 b=4,48 c=8,72 Å

 Химические свойства

В свободном виде существует в виде двухатомных молекул Br2. Заметная диссоциация молекул на атомы наблюдается при температуре 800 °C и быстро возрастает при дальнейшем росте температуры. Диаметр молекулы Br2 равен 0,323 нм, межъядерное расстояние в этой молекуле — 0,228 нм.

Ковалентный радиус 114 пм

Радиус иона (+5e)47 (-1e)196 пм

Электроотрицательность (по Полингу) 2,96

Электродный потенциал 0

Степени окисления 7, 5, 3, 1, -1

Бром немного, но лучше других галогенов растворим в воде (3,58 г в 100 г воды при 20 °C), раствор называют бромной водой. В бромной воде протекает реакция с образованием бромоводородной и неустойчивой бромноватистой кислот:

Br2 + H2O → HBr + HBrO.

С большинством органических растворителей бром смешивается во всех отношениях, при этом часто происходит бромирование молекул органических растворителей.

По химической активности бром занимает промежуточное положение между хлором и иодом. При реакции брома с растворами иодидов выделяется свободный иод:

Br2 + 2KI → I2↓ + 2KBr.

Напротив, при действии хлора на бромиды, находящиеся в водных растворах, выделяется свободный бром:

Cl2 + 2NaBr → Br2 + 2NaCl.

При реакции брома с серой образуется S2Br2, при реакции брома с фосфором — PBr3 и PBr5. Бром реагирует также с неметаллами селеном и теллуром.

Реакция брома с водородом протекает при нагревании и приводит к образованию бромоводорода HBr. Раствор HBr в воде — это бромоводородная кислота, по силе близкая к соляной кислоте HCl. Соли бромоводородной кислоты — бромиды (NaBr, MgBr2, AlBr3 и др.). Качественная реакция на присутствие бромид-ионов в растворе — образование с ионами Ag+ светло-желтого осадка бромида серебра AgBr, практически нерастворимого в воде.

С кислородом и азотом бром непосредственно не реагирует. Бром образует большое число различных соединений с остальными галогенами. Например, со фтором бром образует неустойчивые BrF3 и BrF5, с иодом — IBr. При взаимодействии со многими металлами бром образует бромиды, например, AlBr3, CuBr2, MgBr2 и др. Устойчивы к действию брома тантал и платина, в меньшей степени — серебро, титан и свинец.

Бром — сильный окислитель, он окисляет сульфит-ион до сульфата, нитрит-ион — до нитрата и т. д.

При взаимодействии с органическими соединениями, содержащими двойную связь, бром присоединяется, давая соответствующие дибромпроизводные:

C2H4 + Br2 → C2H4Br2.

Подобно хлору бром взаимодействует с металлами и неметаллами:

2 Al + 3 Вr2 = 2 AlBr3 (бромид алюминия);

Н2 + Вr2 = 2 НВr (бромоводород);

2 Р + 3 Br2 = 2 РВr3 (бромид фосфора (III)).

Все реакции брома протекают менее энергично, чем хлора. Менее энергично реагирует бром и с водой. При растворении в воде реагирует только часть брома, образуя бромоводородную и бромноватистую кислоты:

Вr2 + Н2О = НВr + НBrО.

При растворении брома в растворе щелочи на холоде образуются соли этих кислот:

Вr2 + 2 NаОН = NaBr + NаВrО + Н2О.

С предельными и непредельными углеводородами бром также реагирует менее энергично, чем хлор:

С6Н6 + Вr2 = С6H5Br + НВr;

СН2=СН2 + Вr2 = СH2Вr-СН2Вr.

Бром, как и хлор, является окислителем. Так он легко окисляет сернистую кислоту до серной:

Н2SO3 + Вr2 + Н2О = Н2SО4 + 2 НВr.

Если к раствору сероводорода прибавить бромную воду, то красно-бурая окраска исчезает и раствор мутнеет вследствие выделения серы:

Н2S + Вr2 = 2 НBr + S.

Присоединяется бром и к органическим молекулам, в составе которых есть тройная связь. Обесцвечивание бромной воды при пропускании через нее газа или добавлении к ней жидкости свидетельствует о том, что в газе или в жидкости присутствует непредельное соединение.

При нагревании в присутствии Катализатора бром реагирует с бензолом с образованием бромбензола C6H5Br (реакция замещения).

При взаимодействии брома с растворами щелочей и с растворами карбонатов натрия или калия образуются соответствующие бромиды и броматы, например:

3Br2 + 3Na2CO3 → 5NaBr + NaBrO3+ 3CO2↑.

 Распространение брома в природе

Несмотря на значительную распространенность, элемент №35 относят к рассеянным, и заслуженно. Как примесь, он есть в сотнях минералов, а собственных минералов брома, как говорится, раз два и обчелся. Содержание брома в земной коре (1,6·10-4% по массе) оценивается в 1015-1016т. В земле бром присутствует главным образом в виде ионов, которые путешествуют вместе с грунтовыми водами.

Есть бром и в атмосфере. Подсчитано, что ежегодно вместе с морской водой в воздух переходит около 4 млн т брома, причем содержание этого элемента в воздухе приморских районов всегда больше, чем в районах с резко континентальным климатом.

В главной своей массе бром находится в рассеянном состоянии в магматических породах, а также в широко распространенных галогенидах.

Море – главный поставщик брома. Довольно много брома в организмах рыб. Он всегда присутствует и в организмах земных животных, не исключая человека. Потребность в броме у разных органов и систем разная. В человеческом организме этот элемент обнаружен в крови, почках, печени и больше всего в мозге.

Бром - постоянный спутник хлора. Бромистые соли (NaBr, KBr, MgBr2) встречаются в отложениях хлористых солей (в поваренной соли до 0,03% Вr, в калийных солях - сильвине и карналлите - до 0,3% Вr), а также в морской воде (0,065% Вr), рапе соляных озер (до 0,2% Вr) и подземных рассолах, обычно связанных с соляными и нефтяными месторождениями (до 0,1% Вr).

Благодаря хорошей растворимости в воде бромистые соли накопляются в остаточных рассолах морских и озерных водоемов. Бром мигрирует в виде легко растворимых соединений, очень редко образуя твердые минеральные формы, представленные бромиритом AgBr, эмболитом Ag (Cl, Вг) и иодэмболитом Ag (Cl, Вr, I). Образование минералов происходит в зонах окисления сульфидных серебросодержащих месторождений, формирующихся в засушливых пустынных областях.

Некоторые растения активно накапливают бром. Это в первую очередь бобовые – горох, фасоль, чечевица – и, конечно, морские водоросли.

 Бром всегда есть в растениях, но разные части растения (листья, стебли, корни) снабжены бромом неодинаково. Зеленые части, как правило, содержат больше брома, чем корни. И еще одна любопытная деталь: довольно много брома в съедобных грибах. В боровиках, подберезовиках, подосиновиках – примерно 1,4·10–3% элемента №35.

 Соединения брома

Известны химические соединения брома, в которых он может проявлять степени окисления –1, 0, +1, +3, +5 и +7. Наибольший практический интерес представляют вещества, содержащие бром в степени окисления –1, к ним относятся бромоводород, а также неорганические и органические бромиды. Соединения брома в положительных степенях окисления представлены, в основном, кислородными кислотами брома и их солями; все они являются сильными окислителями.

Помимо бескислородной бромоводородной кислоты HBr, бром образует ряд кислородных кислот: бромную HBrO4, бромноватую HBrO3, бромистую HBrO2, бромноватистую HBrO.

Бромоводород (НBr) — соединение брома с водородом. (ПДК = 2 мг/M3) Бесцветный газ, сильно дымит на воздухе. При охлаждении до –67° C бромоводород переходит в жидкое состояние. HBr хорошо растворим в воде: при 0° C в одном объеме воды растворяется 612 объемов бромоводорода.

 Образуется при взаимодействии паров брома с водородом при высокой температуре:

Хорошо растворим в воде, при растворении протекают следующие процессы (образуется сильная одноосновная бромоводородная кислота): НBr (г) + H2O (ж) ↔ H3O+ (р) + Br– (р). Применяют для приготовления бромидов, синтеза различных органических бромпроизводных.

Водный раствор HBr называется бромоводородной кислотой, она относится к числу сильных кислот (pKa = –9,5). В HBr бром имеет степень окисления –1 и поэтому бромоводородная кислота проявляет восстановительные свойства, она окисляется концентрированной серной кислотой и кислородом воздуха (на свету):

H2SO4 + 2HBr = Br2 + SO2+ 2H2O

4HBr + O2 = 2Br2 + 2H2O

Бромная кислота — сильная кислота, имеющая состав HBrO4. Получена в 1964 г. Не может быть полностью обезвожена без разложения. Сильная одноосновная кислота. Сильный (но медленный) окислитель.

При взаимодействии с металлами, а также с оксидами и гидроксидами металлов бромоводородная кислота образует соли – бромиды:

HBr + KOH = KBr + H2O

В промышленности бромоводород получают прямым синтезом из элементов в присутствии Катализатора (Платины или активированного угля) H2 + Br2 = 2HBr и, в качестве побочного товара, при бромировании органических соединений:

В лаборатории HBr может быть получен при действии концентрированной фосфорной кислоты на бромиды щелочных металлов при нагревании:

NaBr + H3PO4 = NaH2PO4 + HBr

Удобным лабораторным методом синтеза HBr является также взаимодействие брома с бензолом или декалином в присутствии железа:

C10H18 + Br2 = C10H17Br + HBr

Бромоводород применяется для получения бромидов и некоторых органических соединений брома.

Бромид калия KBr – бесцветное кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде (65 г в 100 г воды при 20° C), tпл = 730° C. Бромид калия применяется при изготовлении фотоэмульсий и в качестве противовуалирующего вещества в фотографии. KBr хорошо пропускает инфракрасные лучи и поэтому служит материалом для изготовления линз для ИК-спектроскопии.

Бромид лития LiBr, представляет собой бесцветное гигроскопичное вещество (tпл = 552° C), хорошо растворимое в воде (63,9% при 20° C). Известен кристаллогидрат LiBr·2H2O. Бромид лития получают при взаимодействии водных растворов карбоната лития и бромоводородной кислоты:

Li2CO3 + 2HBr = 2LiBr + H2O + CO2

Бромид лития применяют при лечении психических заболеваний и хронического алкоголизма. Из-за высокой гигроскопичности LiBr используется как осушающее вещество в системах кондиционирования воздуха и для обезвоживания минеральных масел.

Бромноватистая кислота HOBr относится к слабым кислотам, она существует лишь в разбавленных водных растворах, которые получают взаимодействием брома с суспензией оксида ртути:

2Br2 + 2HgO + H2O = HgO·HgBr2Ї + 2HOBr

Соли бромноватистой кислоты называются гипобромитами, они могут быть получены взаимодействием брома с холодным раствором щелочи (см. выше), при нагревании щелочных растворов гипобромиты диспропорционируют:

3NaBrO = 2NaBr + NaBrO3

Степени окисления брома +3 соответствует бромистая кислота HBrO2, которая в настоящее время не получена. Известны только ее соли – бромиты, которые можно получить окислением гипобромитов бромом в щелочной среде:

Ba(BrO)2 + 2Br2 + 4KOH = Ba(BrO2)2 + 4KBr + 2H2O

Бромноватая кислота HBrO3 получена в растворах при действии разбавленной серной кислоты на растворы ее солей – броматов:

Ba(BrO3)2 + H2SO4 = 2HBrO3 + BaSO4Ї

При попытке получения растворов с концентрацией выше 30% бромноватая кислота разлагается со взрывом.

Бромноватая кислота и броматы являются сильными окислителями:

2S + 2NaBrO3 = Na2SO4 + Br2+ SO2.

Бромат калия KBrO3 – бесцветное кристаллическое вещество, растворимое в воде (в 100 г воды при 20° C растворяется 6,9 г KBrO3, при 100° C – 49,7 г). При нагревании до 434° C разлагается без плавления:

2KBrO3 = 2KBr + 3O2

Бромат калия получают электролизом растворов KBr или взаимодействием гидроксида калия с бромом и хлором:

12KOH + Br2 + 5Cl2 = 2KBrO3 + 10KCl +6H2O

KBrO3 применяется в аналитической химии в качестве окислителя при броматометрическом титровании, он входит в состав нейтрализаторов для химической завивки.

Наиболее устойчивой из оксокислот брома является бромная кислота HBrO4, которая существует в водных растворах с концентрацией, не превышающей 6 моль/л. Несмотря на то, что HBrO4 – самый сильный окислитель среди кислородных кислот брома, окислительно-восстановительные реакции с ее участием протекают очень медленно. Так, например, бромная кислота не выделяет хлор из одномолярного раствора соляной кислоты, хотя эта реакция термодинамически выгодна. Особая устойчивость иона BrO4– связана с тем, что атомы кислорода, окружая атом брома по тетраэдру, эффективно защищают его от атаки восстановителя. Растворы бромной кислоты можно получить подкислением растворов ее солей – перброматов, которые, в свою очередь, синтезируют электролизом растворов броматов, а также окислением щелочных растворов броматов фтором или фторидами ксенона:

NaBrO3 + XeF2 + 2NaOH = NaBrO4 + 2NaF + Xe+ H2O

Из-за сильных окислительных свойств перброматов они были синтезированы только во второй половине 20 в. американским ученым Эваном Эпплманом (Evan H.Appelman) в 1968.

Кислородные кислоты брома и их соли могут быть использованы в качестве окислителей.

Применение брома

Бром применяют довольно широко.

Первым известным применением соединений брома было производство пурпурного красителя. Его добывали еще во втором тысячелетии до нашей эры из моллюсков вида «мурекс», накапливающих бром из морской воды. Процесс извлечения красителя был очень трудоемок (из 8000 моллюсков можно получить всего 1 грамм пурпура) и позволить себе носить окрашенную им одежду могли только очень богатые люди. В древнем Риме носить ее могли только представители высшей власти, поэтому он получил название «королевский пурпур». Структуру действующего начала этого красителя установили только во второй половине 19 в., им оказалось соединение брома – 6,6"– диброминдиго. Бромпроизводные индиго, синтезируемые искусственно, используются для окрашивания тканей (в основном, хлопковых) и сейчас.

Бром используют для получения бромсодержащих неорганических (напр., NaBr, КВг, НВг) и органических соединений (около половины производимого Вr2 - в производстве С2Н4Вr2), бром и бромную воду применяют в аналитической химии, напр. для кулонометрического определения As3+, Sb3+, V4+, а также для качественного и количественного анализа органических соединений.

Мировое производство брома (без СССР) около 300 тыс. т/год (1980). Главные производители: США, СССР, Англия, Израиль, Франция, ГДР, ФРГ, Италия.

Он - исходный товар для получения ряда бромистых солей и органических производных. Большие количества брома расходуют для получения бромистого этила и дибромэтана - составных частей этиловой жидкости, добавляемой к бензинам для повышения их детонационной стойкости.

Соединения брома применяют в фотографии. Не будет преувеличением сказать, что бромистое серебро – главная соль химико-фотографической промышленности, потому что AgBr по светочувствительности намного превосходит иодид серебра и другие соли. Современные светочувствительные эмульсии на основе AgBr позволяют снимать с выдержкой в одну десятимиллионную долю секунды. При производстве ряда красителей, бромистый метил и некоторые другие соединения брома - как инсектициды. Некоторые органические соединения брома служат эффективными огнетушащими средствами.

Бром и бромную воду используют при химических анализах для определения многих веществ.

В медицине используют бромиды натрия, калия, аммония, а также органические соединения брома, которые применяют при неврозах, истерии, повышенной раздражительности, бессоннице, гипертонической болезни, эпилепсии и хорее. Применять их – как средство от бессонницы, неврастении, переутомления – начали уже лет через десять после открытия элемента №35. Особенно полезными, по мнению врачей, бромистые препараты оказывались при нарушении нормального соотношения между процессами возбуждения и торможения в коре головного мозга. Вот почему мозг концентрирует, накапливает бром: это, если можно так выразиться, его самозащита, способ «авторегулирования» взаимосвязанных процессов. Знаменитый русский физиолог И.П.Павлов сказал: «Человечество должно быть счастливо тем, что располагает таким драгоценным для нервной системы препаратом, как бром».

В наше время растворы бромидов натрия и калия в медицине применяются все реже. Их стали вытеснять броморганические препараты, более эффективные и в отличие от бромидов не раздражающие слизистые оболочки. Сейчас соединения брома используют не только как успокаивающие. Их применяют при лечении некоторых сердечнососудистых заболеваний, при язвенной болезни, при эпилепсии. Год от года расширяется бромистый «арсенал» медицины. Как хорошие успокаивающие средства применяют брометон, бромалин, бромурал. Последний используют и как снотворное, а в больших дозах – и для наркоза. Четырехзамещенные бромиды аммония и ксероформ (трибромфенолят висмута) – прекрасные антисептики. Бромом модифицируют даже антибиотики; бромтетрациклин нашел широкое применение в борьбе с инфекциями.

В организме человека бром участвует в регуляции деятельности щитовидной железы, так как является конкурентным ингибитором иода. Некоторые исследователи полагают, что соединения брома участвуют в деятельности эозинофилов – клеток иммунной системы. Пероксидаза эозинофилов окисляет бромид-ионы до бромноватистой кислоты, которая помогает разрушать чужеродные клетки, в том числе и раковые. Недостаток брома в пище приводит к бессоннице, замедлению роста и уменьшению числа эритроцитов в крови. Ежедневное поступление брома в организм человека с пищей составляет 2–6 мг. Особенно богаты бромом рыба, злаки и орехи.

Бром - постоянная составная часть тканей животных и растений. Наземные растения содержат в среднем 7·10-4% брома на сырое вещество, животные ~1·10-4%.

Бром найден в различных секретах (слезах, слюне, поте, молоке, желчи). В крови здорового человека содержание брома колеблется от 0,11 до 2,00 мг% . С помощью радиоактивного брома (82Вr) установлено избирательное поглощение его щитовидной железой, мозговым слоем почек и гипофизом. Введенные в организм животных и человека бромиды усиливают концентрацию процессов торможения в коре головного мозга, содействуют нормализации состояния нервной системы, пострадавшей от перенапряжения тормозного процесса. Одновременно, задерживаясь в щитовидной железе, бром вступает в конкурентные отношения с иодом, что влияет на деятельность железы, а в связи с этим - и на состояние обмена веществ.

Бромистый натрий добавляют в дубильные растворы, благодаря чему кожа становится тверже. В качестве Катализаторов некоторых процессов органического синтеза используют бромиды алюминия, бериллия, магния. Между прочим, еще в 1884 г. русский химик Г.Г. Густавсон впервые получил комплексные соединения ароматических углеводородов с бромистым алюминием.

Из прозрачных кристаллов бромистого калия делают линзы, великолепно пропускающие инфракрасные лучи. Бактерицидные свойства бромистого калия помогают дольше сохранять овощи и фрукты.

Много «профессий» у бромистого лития. Он предотвращает коррозию в холодильных установках, обезвоживает минеральные масла, помогает кондиционировать воздух.

Текстильщики широко применяют органический краситель броминдиго, с помощью которого получают целую гамму ярких и чистых тонов – от синего до красного. Другое броморганическое соединение – бромхлорметан – отличный огнетушитель, который к тому же не проводит электроэнергии и потому особенно эффективен, когда нужно, например, потушить загоревшуюся проводку. Бром-органикой пропитывают древесину, чтобы придать ей большую стойкость к атмосферным воздействиям, грибкам, плесени.

В начале 20 века открылась новая область применения брома. С распространением автомобилей появилась нужда в больших количествах дешевого бензина, вместе с тем существующая в то время нефтяная промышленность не могла производить требуемые объемы высокооктанового горючего. Для улучшения качества топлива – уменьшения его способности к детонации в двигателе – в 1921 американский инженер Томас Мидгли предложил вводить в бензин дополнительный компонент – тетраэтилсвинец (Pb(C2H5)4, ТЭС). Эта добавка оказалась очень эффективной, но при ее использовании возникла новая проблема – отложения свинца в двигателях. Чтобы избежать их образования, ТЭС растворяют в бромуглеводородах – 1,2 -дибромэтане (BrCH2CH2Br) и этилбромиде (C2H5Br), полученная смесь получила название «этиловая жидкость». Механизм ее действия заключается в том, что при совместном сгорании бромуглеводородов и ТЭС образуются летучие бромиды свинца, которые выносятся из двигателя вместе с выхлопными газами. В середине прошлого века на производство этиловой жидкости расходовалась большая часть производимого брома – 75% в 1963. Сейчас использование этиловой жидкости не соответствует современным требованиям экологической безопасности и ее мировое производство сокращается: в Российской Федерации, например, доля этилированного (содержащего этиловую жидкость) бензина в общем объеме автомобильного топлива составляла в 1995 более 50%, а в 2002 – 0,4%. В Российской Федерации использование ТЭС запрещено с 2003, а в некоторых регионах– еще раньше (в Москве – с 1993).

Теперь основной областью использования брома является производство антипиренов (от 40% мирового потребления брома). Антипирены – вещества, защищающие материалы органического происхождения от воспламенения. Их используют для пропитки тканей, предметов торговли из древесины и пластмасс, производства негорючих красок. В качестве антипиренов применяются, в основном, ароматические бромпроизводные: дибромстирол, тетрабромфталевый ангидрид, декабромдифенилоксид, 2,4,6-трибромфенол и другие. Бромхлорметан используется в качестве наполнителя огнетушителей, предназначенных для тушения электропроводки.

Для получения большинства этих полезных соединений, прежде всего органических, нужен ядовитый, зловонный, агрессивный, крайне неприятный в общении, но тем не менее незаменимый бром.

Значительная часть брома (в США – 24%) в форме бромидов кальция, натрия и цинка расходуется для изготовления буровых растворов, которые закачивают в скважины для увеличения объема добытой черного золота.

Элементный бром и его соединения применяются в процессах водоочистки и водоподготовки. Бром иногда используют для мягкой дезинфекции воды в бассейнах при повышенной чувствительности к хлору. На эти цели расходуется 7% производимого брома.

Бром ядовит. Поэтому, работая с ним, нужно быть осторожным. При работе с ним пользуются противогазом, перчатками и спецодеждой. Предельно допустимая концентрация паров брома в воздухе 0,5 мг/M3. Большее (порядка 0,001%) содержание брома в воздухе приводит к головокружению, раздражению слизистых оболочек, кашлю, удушью. При содержании брома в воздухе около 0,001% наблюдаются раздражение слизистых оболочек, головокружение, кровотечение из носа, при 0,02% - удушье, спазмы и заболевание дыхательных путей. При попадании в организм токсическая доза составляет 3 г, летальная — от 35 г.

Для восстановления дыхания можно на небольшое время пользоваться тампоном, смоченным нашатырным спиртом, на короткое время периодически поднося его к носу пострадавшего. Дальнейшее лечение должно проводиться под наблюдением врача.

При легком отравлении парами брома необходимо дать пострадавшему вдыхать аммиак. Если жидкий бром попал на руки, то во избежание ожогов и медленно заживающих язв его необходимо сразу же смыть большим количеством воды, а еще лучше раствором соды. Затем пораженное место нужно смазать мазью, содержащей бикарбонат натрия.

Попадание жидкого брома на кожу вызывает зуд, при длительном действии образуются медленно заживающие язвы. При отравлении бромом пострадавшего нужно вывести на свежий воздух, дать теплое молоко с содой. Кожа, обожженная бромом, промывается многократно водой и раствором Na2CO3, смазывается мазью, содержащей NaHCO3.

Токсичность соединений брома менее велика, тем не менее, при длительном употреблении бромсодержащих препаратов может развиться хроническое отравление – бромизм. Его симптомы – общая вялость, появление сыпи на коже, апатия, сонливость. Бромид-ионы, поступая в организм в течение длительного времени, препятствуют накоплению иода в щитовидной железе, угнетая ее деятельность. Для ускорения выведения брома из организма назначают диету с большим содержанием соли и обильное питье.

Источники

Позин М. Е., Технология минеральных солей, 4 изд., ч. 1, Л., 1974, с. 206-36;

Ксензенко В. И., Стасиневич Д. С, химия и технология брома, иода и их соединений, М., 1979:

Егоров Л. Ф., Осыка В. Г., Пивоваров М. Д., Технология получения бромжелеза из природных рассолов, М., 1979;

Полянский Н. Г., Аналитическая химия брома, М., 1980;

Bromine and its compounds, ed. by Z.E. Jolles, L., 1966; Comprehensive inorganic chemistry, v. 2, Oxf., 1973.

В. И. Ксензенко, Ц. С. Стасиневич.

Составитель В.А. Крицман. Книга для чтения по неорганической химии. Часть 1. Издание 2-е переработанное, дополненное. Москва "Просвещение", 1983 г.

Миллер В. Бром. Л., Гос. ин-т прикладной химии. 1967

Фигуровский Н.А. Открытие элементов и происхождение их названий. М., Наука, 1970

Популярная библиотека химических элементов. М., Наука, 1983

Неорганическая химия, т. 2. Под ред. Ю.Д. Третьякова. М., Академия, 2004

U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries, January 2004

Опубликовано на forexAW.com: Четверг, 8 Октябрь, 2009 года — 19:45.

Последнее редактирование: Среда, 23 Февраль, 2011 года — 16:05.