В современной сфере народного хозяйства бром активно применяется для изготовления антипиренов, то есть средств, которые защищают от воспламенения материалы органического происхождения. Он также используют для изготовления негорючих красок, тканей и пластмасс, пропитки деревянных изделий.
Бром прекрасно растворим в спирте и эфире, а также органических растворителях, углеводородах и хлороформе. Немножко хуже он растворяется в воде.
Применение в производстве соединений брома
Его соединения, такие например, как бромхлорметан, применяются в виде наполнителя огнетушителей. Элементный бром используется в рабочих процессах по водоочистке и водоподготовке.
Исходные брома активно используются в выпуске инсектицидов и пестицидов, их применяют в качестве топливных добавок. Даже для фотопечати бром необходим.
Нередки случаи применения этого элемента для мягкой воды в общественных , чтобы снизить риск у лиц, имеющих повышенную чувствительность к соединениям хлора.
Существенное достоинство этого элемента в форме бромида натрия или кальция используется для производства буровых растворов, которые закачиваются в скважины с важной целью - увеличение количества добываемой нефти. Еще этот материал применяется при производстве высококачественной резины, то есть бромбутилкаучука и
фармацевтических препаратов.
Лечебные способности соединений галогена
Соли брома широко используются и в медицинской практике в виде лечебного средства, когда требуется снять нервное возбуждение, истерию, бессонницу из-за нервного переутомления, раздражительность. Им эпилепсию и прочие судорожные заболевания, основанные на повышенной возбудимости головного мозга.
Бромиды также применяются при заболеваниях, которые связаны с некоторыми проблемами органов (язвенная болезнь, некоторые стадии гипертонии).
Кроме того, сейчас изготавливают линзы, отлично пропускающие инфракрасную часть спектра из кристаллов бромида калия. Бактерицидные свойства этой соли помогают продолжительное время хранить фрукты и овощи.
Изучая область применения брома, следует отметить, что этот распространенный галоген и его исходные достаточно широко используются в разных областях жизнедеятельности человека, в сельском хозяйстве и медицине, чего не скажешь о других его собратьях.
| Атомный номер | 35 |
| Внешний вид простого вещества | красно-бурая жидкость с сильным неприятным запахом |
| 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 | 3d 10 4s 2 4p 5 |
| Химические свойства | |
| 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 |
| Термодинамические свойства простого вещества | |
| Плотность | 3,12 г/см³ |
| 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 |
| Кристаллическая решётка простого вещества | |
| Структура решётки | орторомбическая |
| Параметры решётки | a=6,67 b=4,48 c=8,72 Å |
| Отношение c/a | — |
| Температура Дебая | n/a K |
| Br | 35 |
| 79,904 | |
| 3d 10 4s 2 4p 5 | |
— элемент главной подгруппы седьмой группы четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, атомный номер 35. Обозначается символом Br (лат. Bromum). 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).
История
Бром был открыт в 1826 году молодым преподавателем колледжа города Монпелье А. Ж. Баларом. Открытие Балара сделало его имя известным всему миру. Из одной популярной книги в другую кочует утверждение, что огорченный тем, что в открытии брома никому неизвестный Антуан Балар опередил самого Юстуса Либиха, Либих воскликнул, что, дескать, не Балар открыл бром, а бром открыл Балара. Однако это неправда, или, точнее, не совсем правда. Фраза-то была, но принадлежала она не Ю. Либиху, а Шарлю Жерару, который очень хотел, чтобы кафедру химии в Сорбонне занял Огюст Лоран, а не избранный на должность профессора А. Балар.
Происхождение названия
Название элемента происходит βρῶμος — зловоние .
Получение
Бром получают химическим путём из рассола Br - :
Физические свойства
При обычных условиях бром — красно-бурая жидкость с резким неприятным запахом, ядовит, при соприкосновении с кожей образуются ожоги. 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 79 Br (50,56 %) и 81 Br (49,44 %). Искусственно получены радиоактивные изотопы.
Химические свойства
В свободном виде существует в виде двухатомных молекул Br 2 . Заметная диссоциация молекул на атомы наблюдается при температуре 800 °C и быстро возрастает при дальнейшем росте температуры. Диаметр молекулы Br 2 равен 0,323 нм, межъядерное расстояние в этой молекуле — 0,228 нм.
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:
Br 2 + H 2 O → 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:
Br 2 + 2KI → I 2 ↓ + 2KBr.
Напротив, при действии хлора на бромиды, находящиеся в водных растворах, выделяется свободный бром:
При реакции брома с серой образуется S 2 Br 2 , при реакции брома с фосфором — PBr 3 и PBr 5 . 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, MgBr 2 , AlBr 3 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 BrF 3 и BrF 5 , с иодом — IBr. При взаимодействии со многими металлами бром образует бромиды, например, AlBr 3 , CuBr 2 , MgBr 2 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:
C 2 H 4 + Br 2 → C 2 H 4 Br 2 .
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 C 6 H 5 Br (реакция замещения).
При взаимодействии брома с растворами щелочей и с растворами карбонатов натрия или калия образуются соответствующие бромиды и броматы, например:
3Br 2 + 3Na 2 CO 3 → 5NaBr + NaBrO 3 + 3CO 2 .
Бромсодержащие кислоты
Помимо бескислородной бромоводородной кислоты HBr, бром образует ряд кислородных кислот: бромную HBrO 4 , бромноватую HBrO 3 , бромистую HBrO 2 , бромноватистую HBrO.
Применение
В химии
Вещества на основе брома широко применяются в основном органическом синтезе.
В технике
— Бромид серебра AgBr применяется в фотографии как светочувствительное вещество.
— Используется для создания антипиренов — добавок, придающих пожароустойчивость пластикам, древесине, текстильным материалам.
— Пентафторид брома иногда используется как очень мощный окислитель ракетного топлива.
— 1,2-дибромэтан в настоящее время применяют как антидетонирующую добавку в моторном топливе, взамен тетраэтилсвинца.
— Растворы бромидов используются в нефтедобыче.
В медицине
В медицине бромид натрия и бромид калия применяют как успокаивающие средства.
В производстве оружия
Со времен Первой Мировой войны бром используется для производства боевых отравляющих веществ.
Физиологическое действие
Уже при содержании брома в воздухе в концентрации около 0,001 % (по объёму) наблюдается раздражение слизистых оболочек, головокружение, а при более высоких концентрациях — спазмы дыхательных путей, удушье. ПДК паров брома 0,5 мг/м³. При попадании в организм токсическая доза составляет 3 г, летальная — от 35 г. При отравлении парами брома пострадавшего нужно немедленно вывести на свежий воздух; 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. Жидкий бром при попадании на кожу вызывает болезненные ожоги.
Особенности работы
При работе с бромом следует пользоваться защитной спецодеждой, противогазом, специальными перчатками. Из-за высокой химической активности и токсичности, как паров брома, так и жидкого брома его следует хранить в стеклянной, плотно укупоренной толстостенной посуде. Склянки с бромом располагают в ёмкостях с песком, который предохраняет склянки от разрушения при встряхивании. Из-за высокой плотности брома склянки с ним ни в коем случае нельзя брать только за горло (горло может оторваться, и тогда бром окажется на полу).
Для нейтрализации пролитого брома поверхность с ним надо залить раствором сульфита натрия Na 2 SO 3
Мифы и легенды
Существует широко распространенная легенда о том, что в армии будто бы добавляют бром в еду для снижения полового влечения. Этот миф не имеет под собой никаких оснований — влечение успешно снижают физические нагрузки, а действительно добавляемые в еду добавки чаще всего оказываются аскорбиновой кислотой для предотвращения авитаминоза. К тому же, препараты брома соленые на вкус и не влияют ни на влечение, ни на потенцию. Они обладают снотворным и успокаивающим эффектом.
Бром - это химически активный неметалл, относящийся к группе галогенов, которые являются энергичными окислителями. Он активно применяется в различных сферах, включая медицину, промышленность, производство оружия. Химические свойства брома многочисленны, и сейчас о них стоит вкратце рассказать.
Общая характеристика
Данное вещество при нормальных условиях представляет собой красно-бурую жидкость. Она едкая, тяжелая, имеет неприятный запах, который немного напоминает йодный. Жидкость ядовитая, но про токсичные свойства химического элемента брома будет рассказано чуть позже. Общие характеристики можно выделить в следующий перечень:
- Атомная масса составляет 79,901 … 79,907 г/моль.
- Электроотрицательность равна 2.96 по шкале Полинга.
- Электродный потенциал нулевой.
- Всего шесть степеней окислений - 0, -1, +1, +3, +5 и +7.
- Энергия ионизации составляет 1142,0 (11,84) кДж/моль.
- Плотность равна 3,102 (25 °C) г/см³ при нормальных условиях.
- Температура кипения и плавления составляет 58,6 °C и −7,25 °C соответственно.
- Удельная теплота испарения и плавления равна 29,56 и 10,57 кДж/моль.
- Показатели молярной теплоемкости и объема равны 75,69 Дж/(K.моль) и 23,5 см³/моль соответственно.
Интересно, что название этого элемента с древнегреческого переводится как «зловоние». И кто знает, как пахнут бромовые растворы, понимает, о чем речь. Запах у него действительно не из приятных.
Основные химические свойства
Данное вещество существует в виде 2-атомных молекул Br 2 . Если увеличить температуру до 800 °C, то станет заметна их диссоциация на атомы. Чем выше будут градусы, тем интенсивнее будет осуществляться данный процесс.
К основным химическим свойствам брома стоит отнести его способность растворяться в воде. Это, конечно, характерно для всех галогенов, но он лучше остальных взаимодействует с Н 2 О. Растворимость составляет 3,58 грамм на 100 миллилитров воды при температуре в 20 °C.
Получающийся в итоге этой реакции раствор именуют бромной водой. У нее есть целый ряд специфических особенностей.
Бромная вода
На свету она постепенно выделяет кислород. Это возникает из-за того, что бромноватистая кислота, входящая в состав данного раствора, начинает разлагаться. Жидкость, кстати, имеет характерный желто-оранжевый цвет.
Бромную воду используют для проведения реакции, которая в виде формулы выглядит так: Br 2 + Н 2 О → HBr + HBrO. Как можно видеть, в результате образуются такие вещества, как бромоводородная и неустойчивая бромноватистая кислоты.
Раствор является очень мощным окислителем. Бромная вода способна воздействовать на такие металлы, как никель, кобальт, железо, марганец и хром. Еще ее применяют в химическом синтезе определенных препаратов органического происхождения и при анализах. Также бромная вода задействуется при идентификации алкенов. Когда она вступает с ними в реакцию, то обесцвечивается. Кстати, особенность бромной воды в том, что она не замерзает даже при -20 °С.
А готовят ее обычно так: в 250 миллилитров дистиллированной воды добавляют бром в количестве 1 мл, интенсивно при этом перемешивая компоненты. Процесс осуществляется в вытяжном шкафу. Хранят раствор в емкости, выполненной из стекла темного цвета.
Другие реакции брома
Важно оговориться, что этот активный неметалл во всех отношениях смешивается с большинством органических растворителей. Чаще всего вследствие данного процесса их молекулы бромируются.
По своей химической активности данный элемент находится между хлором и иодом. С этими веществами он тоже взаимодействует. Вот, например, реакция с раствором иодида, вследствие которой образуется свободный иод: Br 2 + 2Kl → I 2 + 2KBr. А при воздействии на бромиды хлора появляется свободный бром: Cl 2 + 2KBr → Br 2 + 2KCl.
Со многими другими веществами рассматриваемый элемент тоже взаимодействует за счет своих химических свойств. Реакция брома с серой дает S 2 Br 2 . При взаимодействии с фосфором появляются PBr 3 и PBr 5 . Это все бинарные неорганические соединения. Кроме перечисленных элементов, неметалл также взаимодействует с селеном и теллуром.
Но вот с чем бром не реагирует непосредственно, так это с азотом и кислородом. Зато с галогенами взаимодействует. А его реакции с металлами дают бромиды - MgBr 2 , CuBr 2 , AlBr 3 и т.д.
И, конечно, рассказывая про физические и химические свойства брома, нельзя не упомянуть, что существуют также вещества, являющиеся устойчивыми к его действию. Это платина и тантал, а еще в какой-то мере свинец, титан и серебро.
Двойные и тройные связи
С веществами, которым они свойственны, также способен взаимодействовать обсуждаемый элемент. И, рассказывая про химические свойства брома, уравнения реакций данного типа тоже стоит рассмотреть. Вот одно из таковых: С 2 Н 4 + Br 2 → C 2 H 4 BR 2 . Это взаимодействие с этиленом. Ему как раз и свойственна двойная связь.
Интересно, что когда бром смешивается с растворами щелочей, карбоната калия или натрия, то результатом становится образование соответствующих броматов и бромидов (солей). Вот уравнение, демонстрирующее это: 3Br 2 + 3Na 2 CO 3 → 5NaBr + NaBrO 3 + 3СО 2 .
И да, перечисляя важнейшие химические свойства брома, нельзя не упомянуть, что в жидком состоянии он легко взаимодействует с золотом. Результатом становится образование трибромида (AuBr 3). А реакция выглядит следующим образом: 2Au + 3Br 2 → 2AuBr 3 .
Токсичность
Химические свойства брома обусловливают его опасность для человеческого организма. Даже если его концентрация в воздухе превышает отметку в 0,001 % по объему, то возникают головокружение, раздражение слизистых оболочек, кровотечение из носа, а иногда даже удушье и спазмы дыхательных путей.
Смертельная доза для человека составляет всего 14 мг/кг перорально. Если возникло отравление бромом, то нужно:
- Вызвать «Скорую».
- Вывести потерпевшего на свежий воздух.
- Расстегнуть сдавливающую одежду.
- Постараться успокоить его.
- Промыть кожу водой, если вещество попало на покровы. Протереть после этого спиртом.
- Дать пострадавшему молоко с добавлением небольшого количества соды. Она нейтрализует действие брома.
- Промыть желудок, если вещество попало в организм через рот. Давать пить воду, но маленькими порциями, рекомендуется предложить сорбенты для уменьшения степени всасываемости.
Бром действительно опасное вещество. Его даже используют в производстве боевых отравляющих припасов.
Поскольку химические свойства брома обусловливают его токсичность, то люди, которые вынуждены с ним контактировать, используют специальные перчатки, противогазы и спецодежду.
Хранят вещество в толстостенной таре из стекла. Ее, в свою очередь, хранят в емкостях с песком. Он помогает защитить тару от разрушения, которое может возникнуть из-за встряхивания.
Кстати, из-за очень высокой плотности вещества бутылки с ним нельзя брать за горло. Оно легко может оторваться. А последствия от разлитого токсичного брома, да еще в таком количестве, катастрофичны.
Применение
Напоследок пару слов о том, как и где используют бром. Можно выделить следующие сферы и области применения:
- Химия. Бром задействован в органическом синтезе, а его раствором определяют качество непредельных соединений.
- Промышленность. С добавлением брома делают антипирены, которые придают пожароустойчивость таким материалам, как текстиль, древесина и пластик. А еще из него раньше активно изготавливали 1.2-дибромэтан, который был главной составляющей этиловой жидкости.
- Фотография. Бромид серебра используется как светочувствительное вещество.
- Ракетное топливо. Пентафторид брома - его мощный окислитель.
- Нефтедобыча. В этой сфере используются бромидные растворы.
- Медицина. Бромиды калия и натрия используют в качестве успокаивающих средств.
Так что каким бы токсичным ни было это вещество для человеческого организма, в некоторых сферах оно незаменимо.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Бром - химический элемент, расположенный в четвертом периоде в VIIA группе Периодической таблицы Д.И. Менделеева.
Порядковый номер - 35. Строение атома показано на рис. 1. Неметалл p-семейства.
Рис. 1. Схема строения атома брома.
В обычных условиях бром представляет собой жидкость красно-бурого цвета, обладающую резким неприятным запахом. Ядовит. Плотность 3,19 г/см 3 (при t 0 = 0 o C). При кипении (t 0 = 58,6 o C) бром из жидкого состояния переходит в газообразное - образует буро-коричневый пар.
Относительная атомная масса атомарного брома равна 79,904 а.е.м. Его относительная молекулярная масса будет равна 79,904, а молярная масса:
M(Br 2) = M r (Br 2) × 1 моль = 79,904 г/моль.
Известно, что молекула брома двухатомна - Br 2 , тогда, относительная атомная масса молекулы брома будет равна:
A r (Br 2) = 79,904× 2 = 159,808 а.е.м.
Относительная молекулярная масса молекулы брома будет равна 159,808, а молярная масса:
M(Br 2) = M r (Br 2) × 1 моль = 159,808 г/моль или просто 160 г/моль.
Примеры решения задач
ПРИМЕР 1
| Задание | Напишите уравнения реакций в соответствии со схемой превращений:
Br 2 → NaBr → Br 2 → HBr → KBr → AgBr. |
| Ответ | Для того, чтобы получить бромид натрия из бромной воды, необходимо подействовать на неё разбавленным раствором гидроксида натрия. Реакция протекает при температуре 0 - 5 o C.
Br 2 + 2NaBr dulute = NaBr + NaBrO + H 2 O. Получения брома из бромида натрия возможно если к соли (в твердом агрегатном состоянии) добавить разбавленную серную кислоту (10-50%): 2NaBr + H 2 SO 4(dilute) = Na 2 SO 4 + 2HBr. Чтобы получить бромоводород из бромной воды необходимо добавить в реакционную смесь водород: Br 2 + H 2 = 2HBr. Бромид калия образуется в результате взаимодействия разбавленных растворов бромоводорода и гидроксида калия: HBr dilute + KOH dilute = KBr + H 2 O. Осадок желтого цвета - бромид серебра можно получить, подействовав на нитрат серебра раствором бромида калия: KBr + AgNO 3 = AgBr↓ + KNO 3 . |
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Бром расположен в четвертом периоде VII группы главной (А) подгруппы Периодической таблицы.
Относится к элементам p -семейства. Неметалл. Обозначение - Br. Порядковый номер - 35. Относительная атомная масса - 79,904 а.е.м.
Электронное строение атома брома
Атом брома состоит из положительно заряженного ядра (+35), внутри которого есть 35 протонов и 45 нейтронов, а вокруг, по четырем орбитам движутся 35 электронов.
Рис.1. Схематическое строение атома брома.
Распределение электронов по орбиталям выглядит следующим образом:
35Br) 2) 8) 18) 7 ;
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 5 .
Внешний энергетический уровень атома брома содержит 7 электронов, которые являются валентными. Энергетическая диаграмма основного состояния принимает следующий вид:
Каждый валентный электрон атома брома можно охарактеризовать набором из четырех квантовых чисел: n (главное квантовое), l (орбитальное), m l (магнитное) и s (спиновое):
|
Подуровень |
||||
Наличие одного неспаренного электрона свидетельствует о том, что степень окисления брома может быть равна -1 или +1. Так как на четвертом уровне есть вакантные орбитали 4d -подуровня, то для атома брома характерно наличие возбужденного состояния:
Именно поэтому для брома также характерна степень окисления +3. Известно, что в своих соединениях бром также способен проявлять степени окисления +5 и +7.
Примеры решения задач
ПРИМЕР 1
| Задание | Элемент образует с водородом газообразное соединение, содержащее 12,5% водорода. Высший оксид этого элемента имеет формулу RO 2 . Укажите число электронов в электронной оболочке атома этого элемента. |
| Решение | Высшие оксиды составаRO 2 образуют элементы, расположенные в IV группе Периодической таблицы. Элементы этой группы образуют с водородом летучие соединения состава RH 4 .Обозначим искомый элемент как Х. Тогда его массовая доля в составе водородного соединения равна:
ω(Х)=100 - 12,5 = 87,5%. Найдем относительную атомную массу этого элемента: A r (Х) = ω(Х)× n(H)/ω(Н) = 87,5×4/12,5 = 28. Такую атомную массу имеет кремний (Si). Формулы соединений, указанных в условии задачи, будут выглядеть следующим образом: SiO 2 и SiH 4 . Общее число электронов в электронной оболочке атома кремния равно его порядковому номеру в Периодической системе, т.е. 14. |
| Ответ | Общее число электронов в электронной оболочке атома кремния равно 14. |
