Для чего используют бром. Химические свойства брома, уравнения реакций Взаимодействии каким веществом бром проявляет
Жидкость красно-бурого цвета, с резким специфическим запахом, плохо растворимая в воде, но растворяющаяся в бензоле, хлороформе, сероуглероде и других органических растворителях. Такой ответ можно дать на вопрос: "Что такое бром?" Соединение относится к группе наиболее активных неметаллов, реагируя со многими простыми веществами. Оно является сильно токсичным: вдыхание его паров раздражает дыхательные пути, а попадание на кожу вызывает тяжелые, длительно не заживающие ожоги. В нашей статье мы изучим его физические свойства, а также рассмотрим химические реакции, характерные для брома.
Главная подгруппа седьмой группы - место положения элемента в периодической системе химических элементов. На последнем энергетическом слое атома находится два s-электрона и пять p-электронов. Как и все галогены, бром имеет значительное сродство к электрону. Это значит, что он легко притягивает в свою электронную оболочку отрицательные частицы других химических элементов, становясь анионом. Молекулярная формула брома - Br 2 . Атомы соединяются между собой с помощью совместной пары электронов, такой тип связи называется ковалентной. Она также является неполярной, располагаясь на одинаковом расстоянии от ядер атомов. Ввиду достаточно большого радиуса атома - 1,14A°, окислительные свойства элемента, его электроотрицательность и неметаллические свойства становятся меньше, чем у фтора и хлора. Температура кипения, наоборот, повышается и составляет 59,2 °C, относительная молекулярная масса брома равна 180. В свободном состоянии из-за высокой активности элемент как простое вещество не встречается. В природе его можно обнаружить в связанном состоянии в виде солей натрия, магния, калия, особенно высоко их содержание в морской воде. Некоторые виды бурых и красных водорослей: саргассум, фукус, батрахоспермум, содержат большое количество брома и йода.
Реакции с простыми веществами
Для элемента характерно взаимодействие со многими неметаллами: серой, фосфором, водородом:
Br 2 + H 2 = 2HBr
Однако бром непосредственно не реагирует с азотом, углеродом и кислородом. Большинство металлов легко окисляются бромом. Пассивны к действию галогена лишь некоторые из них, например, свинец, серебро и платина. Реакции с бромом более активных галогенов, таких, как фтор и хлор, проходят быстро:
Br 2 +3 F 2 = 2 BrF 3
В последней реакции степень окисления элемента равна +3, он выступает в роли восстановителя. В промышленности бром получают окислением бромоводорода более сильным галогеном, например, хлором. Основными источниками сырья для получения соединения служат подземные буровые воды, а также сильно концентрированный раствор соляных озер. Галоген может взаимодействовать со сложными веществами из класса средних солей. Так, при действии бромной воды, имеющей красно-бурую окраску, на раствор сульфита натрия, мы наблюдаем обесцвечивание раствора. Это происходит по причине окисления бромом средней соли - сульфита до сульфата натрия. Сам же галоген восстанавливается, переходя в вид бромоводорода, не имеющего цвета.
Взаимодействие с органическими соединениями
Молекулы Br 2 способны к взаимодействию не только с простыми, но и со сложными веществами. Например, реакция замещения проходит между ароматическим углеводородом бензолом и бромом при нагревании, в присутствии катализатора - бромида трехвалентного железа. Она заканчивается образованием бесцветного соединения, не растворимого в воде - бромбензола:
C 6 H 6 + Br 2 = C 6 H 5 Br + HBr
Простое вещество бром, растворенное в воде, используется в качестве индикатора для определения наличия в молекуле органических веществ непредельных связей между атомами углерода. Такой качественной реакцией находят в молекулах алкенов или алкинов пи-связи, от которых зависят основные химические реакции указанных углеводородов. Соединение вступает в реакции замещения с предельными углеводородами, при этом образуя производные метана, этана и других алканов. Известна реакция присоединения частиц брома, формула которых Br2, к непредельным веществам с одной или двумя двойными, или с тройной связью в молекулах, например, к таким, как этен, ацетилен или бутадиен.
СН 2 =СН 2 + Br 2 = CH 2 Br - CH 2 Br
С указанными углеводородами может реагировать не только простое вещество, но и его водородное соединение - HBr.
Особенности взаимодействия галогена с фенолом
Органическое вещество, состоящее из бензольного ядра, связанного с гидроксильной группой, - это фенол. В его молекуле прослеживается взаимное влияние групп атомов друг на друга. Поэтому реакции замещения с галогенами у него протекают значительно быстрее, чем у бензола. Причем для процесса не требуется нагревание и присутствие катализатора. Сразу три атома водорода в молекуле фенола замещаются радикалами брома. В результате реакции образуется трибромфенол.
Кислородные соединения брома
Продолжим изучение вопроса, что такое бром. Взаимодействие галогена с холодной водой приводит к получению бромноватистой кислоты HBrO. Она является более слабой, чем соединение хлора, за счет снижения ее окислительных свойств. Еще одно соединение - бромноватая кислота, может быть получено путем окисления бромной воды хлором. Ранее в химии считали, что у брома не может быть соединений, в которых он мог бы проявлять степень окисления +7. Однако окислением бромноватого калия была получена соль - бромат калия, а из нее - и соответствующая кислота - HBrO 4 . Ионы галогенов имеют восстановительные свойства: при действии молекул HBr на металлы последние окисляются катионами водорода. Поэтому с кислотой взаимодействуют только те металлические элементы, которые стоят в ряду активности до водорода. В результате реакции образуются средние соли - бромиды, и выделяется свободный водород.
Применение соединений брома
Высокая окислительная способность брома, масса которого достаточно велика, широко используется в аналитической химии, а также в химии органического синтеза. В сельском хозяйстве препараты, содержащие бром, применяют в борьбе с сорняками и насекомыми - вредителями. Антипирены - вещества, предотвращающие самовозгорание, используют для пропитки строительных материалов, пластмассы, ткани. В медицине давно известно тормозящее действие солей: бромида калия и натрия - на прохождение биоэлектрических импульсов по нервным волокнам. Их применяют при лечении расстройств нервной системы: истерии, неврастении, эпилепсии. Учитывая сильную токсичность соединений, дозировка препарата должна контролироваться врачом.
В нашей статье мы выяснили, что такое бром, и какие физические и химические свойства для него характерны.
БРОМ (лат. Bromum), Br, химический элемент VII группы периодической системы, атомный номер 35, атомная масса 79,904, относится к галогенам .
Природный бром представляет смесь двух нуклидов с массовыми числами 79 (в смеси 50,56% по массе) и 81. Конфигурация внешнего электронного слоя 4s2p5. В соединениях проявляет степени окисления -1, +1, +3, +5 и +7 (валентности I, III, V и VII), причем наиболее характерны степени окисления -1 и +5.
Расположен в четвертом периоде в группе VIIА периодической системы элементов Менделеева.
Радиус нейтрального атома брома 0,119 нм, ионные радиусы Вr-, Вr3+, Вr5+ и Вr7+ равны, соответственно, 0,182; 0,073; 0,045 и 0,039 нм. Энергии последовательной ионизации нейтрального атома брома равны, соответственно, 11,84; 21,80; 35,9; 47,3 и 59,7 эВ. Сродство к электрону 3,37 эВ. По шкале Полинга электроотрицательность брома 2,8.
Название: связано с тем, что у брома тяжелый, неприятный запах паров (от греческого bromos -- зловоние).
История открытия: к открытию брома привели исследования французского химика А.Балара, который в 1825 году, действуя хлором на водный раствор, полученный после промывания золы морских водорослей, выделил темно-бурую дурно пахнущую жидкость. Эту жидкость, полученную также из морской воды, он назвал муридом (от лат. muria -- соляной раствор, рассол) и послал сообщение о своем открытии в Парижскую академию наук. Комиссия, созданная для проверки этого сообщения, не приняла название Балара и назвала новый элемент бромом. Открытие брома сделало молодого и мало кому известного ученого знаменитым. После появления статьи Балара оказалось, что склянки с аналогичным веществом ждали исследования у немецких химиков К. Левига и Ю. Либиха. Упустивший возможность открыть новый элемент, Либих воскликнул: “Это не Балар открыл бром, а бром открыл Балара”.
Нахождение в природе: бром -- довольно редкий в земной коре элемент. Его содержание в ней оценивается в 0,37·10-4% (примерно 50-е место). бром элемент открытие применение
Химически бром высоко активен и поэтому в свободном виде в природе не встречается. Входит в состав большого числа различных соединений (бромиды натрия (Na) , калия (K) , магния (Mg) и др.), сопутствующих хлоридам натрия, калия и магния. Собственные минералы брома -- бромаргирит (бромид серебра (Ag) AgBr) и эмболит (смешанный хлорид и бромид серебра (Ag) ) -- чрезвычайно редки. Источником брома служат воды горьких озер, соляные рассолы, сопутствующие нефти и различным соляным месторождениям, и морская вода (65·10-4%), более богато бромом Мертвое море. В настоящее время бром обычно извлекают из вод некоторых горьких озер, одно из которых расположено, в частности, в нашей стране в Кулундинской степи (на Алтае).
Применение: бром применяют при получении ряда неорганических и органических веществ, в аналитической химии. Соединения брома используют в качестве топливных добавок, пестицидов, ингибиторов горения, а также в фотографии. Широко известны содержащие бром лекарственные препараты. Следует отметить, что расхожее выражение: “врач прописал бром по столовой ложке после еды” означает, разумеется, лишь то, что прописан водный раствор бромида натрия (или калия), а не чистый бром. Успокаивающее действие бромистых препаратов основано на их способности усиливать процессы торможения в центральной нервной системе.
Особенности работы с бромом: при работе с бромом следует пользоваться защитной спецодеждой, противогазом, перчатками. ПДК паров брома 0,5 мг/м3. Уже при содержании брома в воздухе в концентрации около 0,001% (по объему) наблюдается раздражение слизистых оболочек, головокружение, а при более высоких концентрациях -- спазмы дыхательных путей, удушье. 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.
Из-за высокой химической активности и ядовитости как паров брома, так и жидкого брома его следует хранить в стеклянной, плотно укупоренной толстостенной посуде. Склянки с бромом располагают в емкостях 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 ядовитая жидкость окажется на полу).
Для нейтрализации пролитого брома поверхность с ним надо немедленно покрыть кашицей из влажной соды Na2CO3.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Бром - тридцать пятый элемент Периодической таблицы. Обозначение - Br от латинского «bromum». Расположен в четвертом периоде, VIIA группе. Относится к неметаллам. Заряд ядра равен 35.
Подобно хлору бром находится в природе преимущественно в виде солей калия, натрия и магния. Бромиды металлов содержатся в морской воде, в некоторых озерах и подземных рассолах.
В обычных условиях бром - красно-коричневая жидкость (рис. 1), малорастворимая в воде. При охлаждении водного раствора брома выделяются кристаллогидраты кларатного типа Br 2 ×8H 2 O. Хорошо растворим в органических растворителях (спирт, бензол, эфир, сероуглерод и т.д.).
Рис. 1. Бром. Внешний вид.
Атомная и молекулярная масса брома
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Относительной атомной массой элемента называют отношение массы атома данного элемента к 1/12 массы атома углерода.
Относительная атомная масса безразмерна и обозначается A r (индекс «r» — начальная буква английского слова relative, что в переводе означает «относительный»). Относительная атомная масса атомарного брома равна 79,901 а.е.м.
Массы молекул, также как массы атомов выражаются в атомных единицах массы.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Относительной молекулярной массой вещества называют отношение массы молекулы данного вещества к 1/12 массы атома углерода, масса которого равна 12 а.е.м.
Молекулярной массой вещества называется масса молекулы, выраженная в атомных единицах массы. Известно, что молекула брома двухатомна - Br 2 . Относительная молекулярная масса молекулы водорода будет равна:
M r (Br 2) = 79,901 × 2 ≈160.
Изотопы брома
Известно, что в природе бром может находиться в виде двух стабильных изотопов 79 Br (50,56%) и 81 Br (49,44%). Их массовые числа равны 79 и 81 соответственно. Ядро атома изотопа брома 79 Br содержит тридцать пять протонов и сорок четыре нейтрона, а изотопа 81 Br - столько же протонов и сорок шесть нейтронов.
Существуют искусственные нестабильные изотопы брома с массовыми числами от 67-ми до 97-ми, а также четырнадцать изомерных состояния ядер, среди которых наиболее долгоживущим является изотоп 82 Br с периодом полураспада равным 35,282 часов.
Ионы брома
На внешнем энергетическом уровне атома брома имеется восемь электронов, которые являются валентными:
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 5 .
В результате химического взаимодействия бром либо отдает свои валентные электроны, т.е. является их донором, и превращается в положительно заряженный ион, либо принимает электроны от другого атома, т.е. является их акцептором и превращается в отрицательно заряженный ион:
Br 0 +1e → Br 1- ;
Br 0 -1e → Br 1+ ;
Br 0 -3e → Br 3+ ;
Br 0 -5e → Br 5+ ;
Br 0 -7e → Br 7+ .
Молекула и атом брома
Молекула брома состоит из двух атомов - Br 2 . Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу брома:
Примеры решения задач
ПРИМЕР 1
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. |
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.