Бром

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
35 СеленБромКриптон
Cl

Br

I
ВодородГелийЛитийБериллийБорУглеродАзотКислородФторНеонНатрийМагнийАлюминийКремнийФосфорСераХлорАргонКалийКальцийСкандийТитанВанадийХромМарганецЖелезоКобальтНикельМедьЦинкГаллийГерманийМышьякСеленБромКриптонРубидийСтронцийИттрийЦирконийНиобийМолибденТехнецийРутенийРодийПалладийСереброКадмийИндийОловоСурьмаТеллурИодКсенонЦезийБарийЛантанЦерийПразеодимНеодимПрометийСамарийЕвропийГадолинийТербийДиспрозийГольмийЭрбийТулийИттербийЛютецийГафнийТанталВольфрамРенийОсмийИридийПлатинаЗолотоРтутьТаллийСвинецВисмутПолонийАстатРадонФранцийРадийАктинийТорийПротактинийУранНептунийПлутонийАмерицийКюрийБерклийКалифорнийЭйнштейнийФермийМенделевийНобелийЛоуренсийРезерфордийДубнийСиборгийБорийХассийМейтнерийДармштадтийРентгенийКоперницийНихонийФлеровийМосковийЛиверморийТеннессинОганесонПериодическая система элементов
35Br
Orthorhombic.svg
Electron shell 035 Bromine.svg
Внешний вид простого вещества
Бром
Красно-бурая жидкость с сильным неприятным «тяжёлым» запахом
Свойства атома
Название, символ, номер Бром / Bromum (Br), 35
Атомная масса
(молярная масса)
[79,901; 79,907][комм 1][1]а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация [Ar] 3d10 4s2 4p5
Химические свойства
Ковалентный радиус 114 пм
Радиус иона (+5e)47 (-1e)196 пм
Электроотрицательность 2,96 (шкала Полинга)
Электродный потенциал 0
Степени окисления +7, +5, +3, +1, 0, -1
Энергия ионизации
(первый электрон)
 1142,0 (11,84) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.) 3,102 (25 °C) г/см³
Температура плавления 265,9 К (−7,25 °C)
Температура кипения 331,9 К (58,6 °C)
Уд. теплота плавления (Br—Br) 10,57 кДж/моль
Уд. теплота испарения (Br—Br) 29,56 кДж/моль
Молярная теплоёмкость 75,69[2] Дж/(K·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
Прочие характеристики
Теплопроводность (300 K) 0,005 Вт/(м·К)
Номер CAS 7726-95-6
35
Бром
79,904
3d104s24p5

Бром (от др.-греч. βρῶμος — «вонючка», «вонючий») — химический элемент с атомным номером 35[3]. Принадлежит к 17-й группе периодической таблицы химических элементов (по устаревшей короткой форме периодической системы принадлежит к главной подгруппе VII группы, или к группе VIIA), находится в четвёртом периоде таблицы. Атомная масса элемента 79,901...79,907 а. е. м.[1] [комм 1]. Обозначается символом Br (от лат. Bromum). Химически активный неметалл, относится к группе галогенов. Простое вещество бром при нормальных условиях является тяжёлой едкой жидкостью красно-бурого цвета с сильным неприятным «тяжёлым» запахом, отдалённо напоминающим запах иода. Летуч, ядовит. Молекула брома двухатомна (формула Br2).

История[править | править код]

Бром был независимо открыт[4] двумя химиками: Карлом Якобом Лёвихом[en] (нем. Carl Jacob Löwig) в 1825 году[5], и Антуаном Жеромом Баларом в 1826 году[6]. Открытие Балара, молодого преподавателя колледжа города Монпелье, сделало его имя известным всему миру. Из одной популярной книги в другую кочует утверждение, что, огорчённый тем, что в открытии брома никому не известный Антуан Балар опередил самого Юстуса фон Либиха, последний воскликнул, что, дескать, не Балар открыл бром, а бром открыл Балара. Однако это утверждение неточно: фраза принадлежала не фон Либиху, а Шарлю Жерару, который очень хотел, чтобы кафедру химии в Парижском университете занял Огюст Лоран, а не избранный на должность профессора А. Балар.

Происхождение названия[править | править код]

Название элемента происходит от др.-греч. βρῶμος — «дурной запах, зловоние»[7].

Нахождение в природе[править | править код]

Ампула с бромом внутри акрилового куба

Кларк брома — 1,6 г/т. Бром широко распространён в природе и в рассеянном состоянии встречается почти повсеместно. Почти все соединения брома растворимы в воде и поэтому легко выщелачиваются из горных пород. Как примесь он есть в сотнях минералов. Но имеется лишь небольшое количество нерастворимых в воде минералов — галогенидов серебра и меди. Самый известный из них — бромаргирит AgBr. Другие минералы — йодобромит Ag(Br, Cl, I), эмболит Ag(Cl, Br)[8]. Собственных минералов брома мало ещё и потому, что его ионный радиус очень большой и ион брома не может надёжно закрепиться в кристаллической решетке других элементов, вместе с катионами средних размеров. В накоплении брома основную роль играют процессы испарения океанической воды, в результате чего он накапливается как в жидкой, так и в твёрдой фазах. Наибольшие концентрации отмечаются в конечных маточных рассолах. В горных породах бром присутствует главным образом в виде ионов, которые мигрируют вместе с грунтовыми водами. Часть земного брома связана в организмах растений в сложные и большей частью нерастворимые органические соединения. Некоторые растения активно накапливают бром. Это в первую очередь бобовые — горох, фасоль, чечевица, а также морские водоросли. В море сосредоточена большая часть брома. Есть он и в воде солёных озёр, и в подземных водоносных пластах, сопутствующих месторождениям горючих ископаемых, а также калийных солей и каменной соли. Есть бром и в атмосфере, причем содержание этого элемента в воздухе приморских районов всегда больше, чем в районах с резко континентальным климатом.

В качестве исходного сырья для производства брома служат:

  1. Морская вода (65 мг/л[9])
  2. Рассолы соляных озёр
  3. Щёлок калийных производств
  4. Подземные воды нефтяных и газовых месторождений

Получение[править | править код]

Австралийский эмболит — Ag(Cl, Br)

Бром получают химическим путём из рассола Br:

Физические свойства[править | править код]

При обычных условиях бром — красно-бурая летучая жидкость с резким неприятным запахом, ядовит, при соприкосновении с кожей образуются ожоги. Бром — одно из двух простых веществ (и единственное из неметаллов), наряду со ртутью, которое при комнатной температуре является жидким. Плотность при 0 °C — 3,19 г/см³. Температура плавления брома — −7,2 °C, кипения — +58,6 °C, при кипении бром превращается из жидкости в буро-коричневые пары, при вдыхании раздражающие дыхательные пути. Стандартный электродный потенциал Br2/Br в водном растворе равен +1,065 В.

Природный бром состоит из двух стабильных изотопов 79Br (50,56 %) и 81Br (49,44 %). Искусственно получены многочисленные радиоактивные изотопы брома.

Химические свойства[править | править код]

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.

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

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:

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

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.

Жидкий бром легко взаимодействует с золотом, образуя трибромид золота AuBr3[10]:

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:

Присоединяется бром и к органическим молекулам, в составе которых есть тройная связь. Обесцвечивание бромной воды при пропускании через неё 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:

Реагирует с родановодородом

Бромсодержащие кислоты[править | править код]

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

Применение[править | править код]

В химии[править | править код]

  • Вещества на основе брома широко применяются в органическом синтезе.
  • «Бромная вода» (водный раствор брома) применяется как реагент для качественного определения непредельных органических соединений.

Промышленное применение[править | править код]

Значительная часть элементарного брома до начала 1980-х использовалась для производства 1,2-дибромэтана, входившего в состав этиловой жидкости - антидетонирующей добавки в бензины, содержащей тетраэтилсвинец; дибромэтан в этом случае служил источником брома для образования относительно летучего дибромида свинца для предотвращения осаждения твёрдых оксидов свинца на деталях двигателя. Бром также используется в синтезе антипиренов — добавок, придающих пожароустойчивость пластикам, древесине, текстильным материалам.

  • Бромид серебра AgBr применяется в фотографии как светочувствительное вещество.
  • Пентафторид брома иногда используется как очень мощный окислитель ракетного топлива.
  • Растворы бромидов используются в нефтедобыче.
  • Растворы бромидов тяжёлых металлов используются как «тяжёлые жидкости» при обогащении полезных ископаемых методом флотации.
  • Многие броморганические соединения применяются как инсектициды и пестициды.

В медицине[править | править код]

В производстве оружия[править | править код]

Со времен Первой мировой войны бром используется для производства боевых отравляющих веществ.

Физиологическое действие[править | править код]

Skull and crossbones.svg

Бром и его пары токсичны. Уже при содержании брома в воздухе в концентрации около 0,001 % (по объёму) наблюдается раздражение слизистых оболочек, головокружение, носовые кровотечения, а при более высоких концентрациях — спазмы дыхательных путей, удушье. ПДК паров брома — 0,5 мг/м³. ЛД50 при пероральном введении для крыс составляет 1700 мг/кг. Для человека смертельная доза перорально составляет 14 мг/кг. (источник — каталог фирмы MERCK). При отравлении парами брома пострадавшего нужно немедленно вывести на свежий воздух (как можно в более ранней стадии показаны ингаляции кислорода); 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. Рекомендуются ингаляции тиосульфата натрия в виде 2 % водного раствора, обильное питьё теплого молока с минеральной водой или содой, кофе. Особенно опасно отравление парами брома людей, страдающих астмой и заболеваниями лёгких, так как при вдыхании паров брома очень высока вероятность отёка лёгких. Жидкий бром при попадании на кожу вызывает болезненные и долго не заживающие ожоги.

Биологическое значение[править | править код]

2-октил 4-бром-3-оксобутаноат, соединение органотромина, обнаруженное в спинномозговой жидкости млекопитающих

В 2014 году исследование показало, что бром (в форме бромид-иона) является необходимым кофактором в ходе биосинтеза коллагена IV, делая элемент существенным в в архитектуре базальной мембраны и развитии тканей у животных.[11] Тем не менее, не было отмечено никаких чётких симптомов или синдромов дефицита при полном удалении брома из пищи.[12] В других биологических функциях бром может не быть необходимым, но всё же приносить пользу, особенно когда он заменяет хлор. Например, в присутствии перекиси водорода H2O2 синтезируемая эозинофилами с ионами хлорида или бромида эозинофильная пероксидаза обеспечивает мощный механизм, с помощью которого эозинофилы убивают многоклеточных паразитов (таких, как, например, нематодные черви, участвующие в филяриозе) и некоторые бактерии, такие как бактерии туберкулеза). Эозинофильная пероксидаза — это галопероксидаза, которая более эффективно использует бром, а не хлор для этой цели, производя гипобромит (бромводородную кислоту), хотя использование хлорид-иона также возможно.[13] Хотя α-галоэфиры как правило, считаются высокореактивными и, следовательно, токсичными промежуточными продуктами в биоорганическом синтезе, млекопитающие, включая людей, кошек и крыс, по-видимому, биосинтезируют следы α-бромэфира, 2-октил-4-бром-3-оксобутаноата, которые присутствуют в их спинномозговой жидкости и, вероятно, играют пока неясную роль в возникновении быстрого сна.[14]

Морские организмы являются основным источником броморганических соединений, и именно в этих организмах роль брома могла бы быть намного более высокой. Более 1600 таких броморганических соединений были идентифицированы к 1999 году. Наиболее распространенным является метилбромид (CH3Br), около 56 000 тонн которого синтезируется за год морскими водорослями.[15] Эфирное масло гавайской водоросли Asparagopsis taxiformis состоит из 80% бромоформа.[16] Большинство таких броморганических соединений в море синтезируется водорослями под действием уникального фермента, ванадийбромпероксидазы.[17]

Особенности работы[править | править код]

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 закупоренной толстостенной посуде. Сосуды с бромом располагают в ёмкостях с песком, который предохраняет сосуды от разрушения при встряхивании. Из-за высокой плотности брома сосуды с ним ни в коем случае нельзя брать только за горло (горло может оторваться, и тогда бром окажется на полу).

По реакции, указанной ниже, целесообразно посыпать проливы брома карбонатом натрия:

либо влажной пищевой содой:

Однако реакция элементарного брома с содой носит сильно экзотермический характер, что ведёт к увеличению испарения брома, к тому же выделяющаяся углекислота также способствует испарению, поэтому пользоваться вышеописанными методами не рекомендуется[источник не указан 1036 дней]. Лучше всего[источник не указан 1036 дней] для дегазации брома подходит водный раствор тиосульфата натрия Na2S2O3. Для локализации больших проливов брома можно использовать раствор тиосульфата натрия с добавками пенообразующих веществ и аэросила. Этот же раствор (3—5 % тиосульфат натрия) используется для смачивания ватно-марлевых повязок, которые помогают защитить органы дыхания от паров брома.

Мифы и легенды[править | править код]

Существует широко распространенная городская легенда о том, что в армии, местах лишения свободы и психиатрических больницах будто бы добавляют соединения брома в еду для снижения полового влечения. Происхождение этого мифа доподлинно неизвестно.

Препараты брома имеют солёный вкус и оказывают седативный (успокаивающий) и снотворный эффект[18].

Ни в коем случае нельзя путать «аптечный бром» (водные растворы бромида калия или натрия), который применяют при расстройствах нервной системы, и элементарный бром, который является высокотоксичным веществом с раздражающим действием. Принимать элементарный бром внутрь ни в коем случае нельзя — это яд[19].

См. также[править | править код]

Комментарии[править | править код]

  1. 1 2 Указан диапазон значений атомной массы в связи с неоднородностью распространения изотопов в природе

Примечания[править | править код]

  1. 1 2 Meija J. et al. Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report) (англ.) // Pure and Applied Chemistry. — 2016. — Vol. 88, no. 3. — P. 265—291. — DOI:10.1515/pac-2015-0305.
  2. Ксензенко В. И., Стасиневич Ц. С. Бром // Химическая энциклопедия: в 5 т / Кнунянц И. Л. (гл. ред.). — М.: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1: Абл—Дар. — С. 318. — 623 с. — 100 000 экз. — ISBN 5-85270-008-8.
  3. Таблица Менделеева на сайте ИЮПАК
  4. Weeks, Mary Elvira (1932). “The discovery of the elements: XVII. The halogen family”. Journal of Chemical Education. 9 (11): 1915. Bibcode:1932JChEd...9.1915W. DOI:10.1021/ed009p1915.
  5. Löwig, Carl Jacob (1829). “Das Brom und seine chemischen Verhältnisse” [нем.]. Heidelberg: Carl Winter. Неизвестный параметр |trans_title= (справка)
  6. Vauquelin, L.N.; Thenard, L.J.; Gay-Lussac, J.L. (1826). “Rapport sur la Mémoire de M. Balard relatif à une nouvelle Substance”. Annales de Chimie et de Physique. 2nd series [фр.]. 32: 382—384. Неизвестный параметр |trans_title= (справка)
  7. Большой древнегреческий словарь (αω) Архивировано 12 февраля 2013 года.
  8. Эмболит // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
  9. J.P. Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. 1, 1965
  10. Лидин Р. А. и др. Химические свойства неорганических веществ. — 3-е изд., испр. — М.: Химия, 2000. — 480 с. — ISBN 5-7245-1163-0.
  11. McCall AS; Cummings CF; Bhave G; Vanacore R; Page-McCaw A; et al. (2014). “Bromine Is an Essential Trace Element for Assembly of Collagen IV Scaffolds in Tissue Development and Architecture”. Cell. 157 (6): 1380—92. DOI:10.1016/j.cell.2014.05.009. PMC 4144415. PMID 24906154.
  12. Nielsen, Forrest H. (2000). “Possibly Essential Trace Elements”. Clinical Nutrition of the Essential Trace Elements and Minerals: 11—36. DOI:10.1007/978-1-59259-040-7_2. ISBN 978-1-61737-090-8.
  13. Mayeno AN; Curran AJ; Roberts RL; Foote CS (1989). “Eosinophils preferentially use bromide to generate halogenating agents”. J. Biol. Chem. 264 (10): 5660—8. PMID 2538427.
  14. Gribble, Gordon W. (1999-01-01). “The diversity of naturally occurring organobromine compounds”. Chemical Society Reviews [англ.]. 28 (5): 335. DOI:10.1039/A900201D. ISSN 1460-4744.
  15. Gribble, Gordon W. (1999). “The diversity of naturally occurring organobromine compounds”. Chemical Society Reviews. 28 (5): 335—346. DOI:10.1039/a900201d.
  16. Burreson, B. Jay; Moore, Richard E.; Roller, Peter P. (1976). “Volatile halogen compounds in the alga Asparagopsis taxiformis (Rhodophyta)”. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 24 (4): 856—861. DOI:10.1021/jf60206a040.
  17. Butler, Alison; Carter-Franklin, Jayme N. (2004). “The role of vanadium bromoperoxidase in the biosynthesis of halogenated marine natural products”. Natural Product Reports. 21 (1): 180—8. DOI:10.1039/b302337k. PMID 15039842.
  18. Машковский М. Д. Лекарственные средства. — 15-е изд. — М.: Новая Волна, 2005. — С. 89-90. — 1200 с. — ISBN 5-7864-0203-7.
  19. Сергей Уфимцев. Утечка брома сорвала праздник знаний в школах Челябинска. Комсольская правда. Проверено 24 февраля 2013. Архивировано 25 февраля 2013 года.

Литература[править | править код]

Ссылки[править | править код]