BROM: GESCHICHTE, STRUKTUR, ELEKTRONENKONFIGURATION, EIGENSCHAFTEN, VERWENDUNG - CHEMIE - 2025

Das Brom ist ein nichtmetallisches Element, das zur Gruppe der Halogene, Gruppe 17 (VIIA) des Periodensystems, gehört. Sein chemisches Symbol ist Br. Es erscheint als zweiatomiges Molekül, dessen Atome durch eine kovalente Bindung verbunden sind, weshalb ihm die Summenformel Br _{2 zugeordnet wird} .

Im Gegensatz zu Fluor und Chlor ist Brom unter terrestrischen Bedingungen kein Gas, sondern eine rotbraune Flüssigkeit (Bild unten). Es raucht und ist zusammen mit Quecksilber die einzigen flüssigen Elemente. Darunter kann das Jod, obwohl es seine Farbe intensiviert und lila wird, zu einem flüchtigen Feststoff kristallisieren.

Fläschchen mit reinem flüssigem Brom. Quelle: Hochauflösende Bilder chemischer Elemente

Brom wurde 1825 von Carl Löwig entdeckt, der unter der Leitung des deutschen Chemikers Leopold Gmelin studierte. und 1826 vom französischen Chemiker Antoine-Jérome Balard. Die Veröffentlichung von Balards experimentellen Ergebnissen ging jedoch Löwigs voraus.

Brom ist das 62. am häufigsten vorkommende Element auf der Erde und in geringen Konzentrationen in der Erdkruste verteilt. Im Meer beträgt die durchschnittliche Konzentration 65 ppm. Der menschliche Körper enthält 0,0004% Brom, dessen Funktion nicht definitiv bekannt ist.

Dieses Element wird kommerziell in Salzlaken oder an Orten genutzt, die aufgrund besonderer Bedingungen Orte mit hoher Salzkonzentration sind. Zum Beispiel das Tote Meer, zu dem die Gewässer der Nachbargebiete zusammenlaufen, gesättigt mit Salzen.

Es ist ein ätzendes Element, das Metalle wie Platin und Palladium angreifen kann. In Wasser gelöst kann Brom auch seine ätzende Wirkung auf menschliches Gewebe ausüben, was die Situation verschlimmert, da Bromwasserstoffsäure erzeugt werden kann. In Bezug auf seine Toxizität kann es erhebliche Schäden an Organen wie Leber, Nieren, Lunge und Magen verursachen.

Brom ist in der Atmosphäre sehr schädlich und für die Ozonschicht 40-100-mal zerstörerischer als Chlor. Die Hälfte des Verlusts der Ozonschicht in der Antarktis wird durch Reaktionen verursacht, die mit Brommethyl zusammenhängen, einer Verbindung, die als Begasungsmittel verwendet wird.

Es hat zahlreiche Verwendungszwecke, wie zum Beispiel: Feuerhemmer, Bleichmittel, Oberflächendesinfektionsmittel, Kraftstoffadditiv, Zwischenprodukte bei der Herstellung von Beruhigungsmitteln, bei der Herstellung von organischen Chemikalien usw.

Geschichte

Carl Löwigs Arbeit

Brom wurde 1825 von Carl Jacob Löwig, einem deutschen Chemiker, und 1826 von Antoine Balard, einem französischen Chemiker, unabhängig und fast gleichzeitig entdeckt.

Carl Löwig, ein Schüler des deutschen Chemikers Leopold Gmelin, sammelte Wasser aus einer Quelle in Bad Kreuznach und fügte Chlor hinzu; Nach Zugabe des Ethers wurde die flüssige Mischung gerührt.

Dann wurde der Ether abdestilliert und durch Eindampfen eingeengt. Als Ergebnis erhielt er eine rotbraune Substanz, die Brom war.

Antoine Balards Arbeit

Balard seinerseits verwendete Asche aus einer Braunalge, die als Fucus bekannt ist, und mischte sie mit Salzlake, die aus den Montpellier-Salinen gewonnen wurde. So setzte er das Brom frei und leitete Chlor durch das zu extrahierende wässrige Material, in dem das Magnesiumbromid MgBr ₂ vorhanden war .

Anschließend wurde das Material in Gegenwart von Mangandioxid und Schwefelsäure destilliert, wobei rote Dämpfe erzeugt wurden, die zu einer dunklen Flüssigkeit kondensierten. Balard hielt es für ein neues Element und nannte es muride, abgeleitet vom lateinischen Wort muria, mit dem die Sole bezeichnet wurde.

Es wurde berichtet, dass Balard auf Vorschlag von Anglada oder Gay-Lussac den Namen von Muride in Brôme änderte, basierend auf der Tatsache, dass Brôme Foul bedeutet, was den Geruch des entdeckten Elements definiert.

Die Ergebnisse wurden von Belard in den Annales of Chemie and Physique veröffentlicht, bevor Löwig seine veröffentlichte.

Erst ab 1858 konnte Brom in erheblichen Mengen hergestellt werden; In dem Jahr, in dem die Stassfurter Salzvorkommen entdeckt und ausgebeutet wurden, entstand Brom als Nebenprodukt von Kali.

Struktur und Elektronenkonfiguration von Brom

Molekül

Br2-Molekül. Quelle: Benjah-bmm27.

Das Bild oben zeigt das Brommolekül Br ₂ mit einem kompakten Füllmuster. Tatsächlich besteht eine einzige kovalente Bindung zwischen den beiden Bromatomen Br-Br.

Da es sich um ein homogenes und zweiatomiges Molekül handelt, fehlt ihm ein permanentes Dipolmoment und es kann nur mit Hilfe von Londoner Dispersionskräften mit anderen des gleichen Typs interagieren.

Dies ist der Grund, warum seine rötliche Flüssigkeit raucht; in Br ₂ -Molekülen , obwohl relativ schwer, halten ihre intermolekularen Kräfte sie lose zusammen.

Brom ist weniger elektronegativ als Chlor und wirkt sich daher weniger attraktiv auf die Elektronen in den Valenzschalen aus. Infolgedessen benötigt es weniger Energie, um höhere Energieniveaus zu erreichen, grüne Photonen zu absorbieren und eine rötliche Farbe zu reflektieren.

Kristalle

Bromkristallstruktur. Quelle: Ben Mills.

In der Gasphase trennen sich die Br ₂ -Moleküle erheblich, bis keine effizienten Wechselwirkungen mehr zwischen ihnen bestehen. Unterhalb seines Schmelzpunktes kann Brom jedoch zu rötlichen orthorhombischen Kristallen gefrieren (oberes Bild).

Beachten Sie, wie die Br ₂ -Moleküle so geordnet sind, dass sie wie "Bromwürmer" aussehen. Hier und bei diesen Temperaturen (T <-7,2 ° C) sind die Dispersionskräfte ausreichend, damit die Schwingungen der Moleküle den Kristall nicht sofort kollabieren; Dennoch werden einige von ihnen ständig sublimieren.

Valenzschicht und Oxidationsstufen

Die Elektronenkonfiguration von Brom ist:

3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁵

Als 3d ¹⁰ 4s ² 4p ^{5 ist} seine Valenzschale (obwohl das 3d ^10- Orbital bei seinen chemischen Reaktionen keine führende Rolle spielt). Die Elektronen in den 4s- und 4p-Orbitalen sind die äußersten, insgesamt 7, nur ein Elektron von der Vervollständigung des Valenzoktetts entfernt.

Aus dieser Konfiguration können die möglichen Oxidationsstufen für Brom abgeleitet werden: -1, wenn es ein Elektron gewinnt, das für Krypton isoelektronisch ist; +1, wobei 3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁴ übrig bleibt ; +3, +4 und +5, wobei alle Elektronen aus dem 4p-Orbital verloren gehen (3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁰ ); und +7, wobei keine Elektronen im 4s-Orbital verbleiben (3d ¹⁰ 4s ⁰ 4p ⁰ ).

Eigenschaften

Aussehen

Dunkelrotbraune rauchende Flüssigkeit. Es kommt in der Natur als zweiatomiges Molekül vor, dessen Atome durch eine kovalente Bindung verbunden sind. Brom ist eine Flüssigkeit, die dichter als Wasser ist und darin versinkt.

Atomares Gewicht

79,904 g / mol.

Ordnungszahl

35.

Geruch

Ein stechender, erstickender und irritierender Rauch.

Schmelzpunkt

-7,2 ° C

Siedepunkt

58,8 ° C.

Dichte (Br

3,1028 g / cm ³

Wasserlöslichkeit

33,6 g / l bei 25 ° C. Die Löslichkeit von Brom in Wasser ist gering und nimmt mit abnehmender Temperatur tendenziell zu; Verhalten ähnlich dem anderer Gase.

Löslichkeiten

Frei löslich in Alkohol, Ether, Chloroform, Tetrachlorkohlenstoff, Schwefelkohlenstoff und konzentrierter Salzsäure. Löslich in unpolaren und einigen polaren Lösungsmitteln wie Alkohol, Schwefelsäure und in vielen halogenierten Lösungsmitteln.

Dreifacher Punkt

265,9 K bei 5,8 kPa.

Kritischer Punkt

588 K bei 10,34 MPa.

Schmelzwärme (Br

10,571 kJ / mol.

Verdampfungswärme (Br

29,96 kJ / mol.

Molare Wärmekapazität (Br

75,69 kJ / mol.

Dampfdruck

Bei einer Temperatur von 270 K 10 kPa.

Selbstentzündungstemperatur

Nicht brennbar.

Zündpunkt

113 ° C.

Lagertemperatur

Von 2 bis 8 ºC.

Oberflächenspannung

40,9 mN / m bei 25 ° C.

Geruchsschwelle

0,05 - 3,5 ppm. 0,39 mg / m ³

Brechungsindex (ηD)

1,6083 bei 20 ° C und 1,6478 bei 25 ° C.

Elektronegativität

2,96 auf der Pauling-Skala.

Ionisationsenergie

- Erste Stufe: 1.139,9 kJ / mol.

- Zweite Stufe: 2.103 kJ / mol.

- Dritte Stufe: 3.470 kJ / mol.

Atomradio

120 Uhr.

Kovalenter Radius

120,3 Uhr.

Van der Waals Radio

185 Uhr.

Reaktivität

Es ist weniger reaktiv als Chlor, aber reaktiver als Jod. Es ist ein Oxidationsmittel, das weniger stark als Chlor und stärker als Jod ist. Es ist auch ein schwächeres Reduktionsmittel als Jod, aber stärker als Chlor.

Chlordampf ist für viele Materialien und menschliches Gewebe stark ätzend. Greift viele metallische Elemente an, einschließlich Platin und Palladium; Es greift jedoch weder Blei, Nickel, Magnesium, Eisen, Zink und unter 300 ºC noch Natrium an.

Das Brom in Wasser verändert sich und wird zu Bromid. Es kann auch als Bromat (BrO ₃ ^- ) vorliegen , abhängig vom pH-Wert der Flüssigkeit.

Brom kann aufgrund seiner oxidierenden Wirkung die Freisetzung von freien Sauerstoffradikalen induzieren. Dies sind starke Oxidationsmittel und können Gewebeschäden verursachen. Außerdem kann sich Brom in Kombination mit Kalium, Phosphor oder Zinn spontan entzünden.

Anwendungen

Benzinzusatz

Ethylendibromid wurde verwendet, um mögliche Bleiablagerungen von Automotoren zu entfernen. Nach der Verbrennung von Benzin, das Blei als Additiv verwendete, bildete das Brom zusammen mit Blei Bleibromid, ein flüchtiges Gas, das durch das Auspuffrohr ausgestoßen wurde.

Obwohl Brom Blei aus Benzin entfernte, war seine zerstörerische Wirkung auf die Ozonschicht sehr stark, weshalb es für diese Anwendung verworfen wurde.

Pestizide

Methylen- oder Brommethylbromid wurde als Pestizid zur Reinigung von Böden verwendet, insbesondere zur Beseitigung parasitärer Nematoden wie Hakenwürmer.

Die Verwendung der meisten bromhaltigen Verbindungen wurde jedoch aufgrund ihrer zerstörerischen Wirkung auf die Ozonschicht verworfen.

Quecksilberemissionskontrolle

In einigen Pflanzen wird Brom verwendet, um die Emission von Quecksilber, einem sehr giftigen Metall, zu reduzieren.

Fotografie

Silberbromid wird neben Silberiodid und Silberchlorid als lichtempfindliche Verbindung in fotografischen Emulsionen verwendet.

Therapeutische Wirkungen

Kaliumbromid sowie Lithiumbromid wurden im 19. und frühen 20. Jahrhundert als allgemeine Beruhigungsmittel verwendet. Bromide in Form einfacher Salze werden in einigen Ländern immer noch als Antikonvulsiva verwendet.

Die US-amerikanische FDA genehmigt jedoch heute nicht die Verwendung von Brom zur Behandlung von Krankheiten.

Feuerdämmend

Brom wird durch Flammen in Bromwasserstoffsäure umgewandelt, die die während des Feuers auftretende Oxidationsreaktion stört und deren Auslöschung verursacht. Bromhaltige Polymere werden zur Herstellung feuerhemmender Harze verwendet.

Lebensmittelzusatzstoff

Dem Mehl wurden Spuren von Kaliumbromat zugesetzt, um das Kochen zu verbessern.

Reagenzien und chemische Zwischenprodukte

Bromwasserstoff wird als Reduktionsmittel und Katalysator für organische Reaktionen verwendet. Brom wird als chemisches Zwischenprodukt bei der Herstellung von Arzneimitteln, Hydraulikflüssigkeiten, Kühlmitteln, Luftentfeuchtern und in Haarwedelpräparaten verwendet.

Es findet auch Verwendung bei der Herstellung von Bohrflüssigkeiten, Produkten zur Wasserdesinfektion, Bleichmitteln, Oberflächendesinfektionsmitteln, Farbstoffen, Kraftstoffadditiven usw.

Biologische Wirkung

Eine 2014 durchgeführte Studie zeigt, dass Brom ein notwendiger Cofaktor für die Biosynthese von Kollagen IV ist, was Brom zu einem wesentlichen Element für die Entwicklung von tierischem Gewebe macht. Es gibt jedoch keine Informationen über die Folgen eines Elementdefizits.

Wo befindet es sich?

Brom wird kommerziell aus Salzminen und tiefen Solegruben gewonnen, die im Bundesstaat Arkansas und im Great Salt Lake von Utah, beide in den USA, gefunden wurden. Diese letzte Sole hat eine Bromkonzentration von 0,5%.

Um das Brom zu extrahieren, wird das Chlor in einem heißen gasförmigen Zustand zu der Salzlösung gegeben, um die Bromidionen in der Lösung zu oxidieren und das elementare Brom zu sammeln.

Das Tote Meer an der Grenze zwischen Jordanien und Israel ist ein geschlossenes Meer unterhalb des Meeresspiegels, wodurch es eine sehr hohe Salzkonzentration aufweist.

Brom und Kali werden dort kommerziell durch Verdampfen des Salzwassers aus dem Toten Meer gewonnen. In diesem Meer kann die Bromkonzentration 5 g / l erreichen.

Es kommt auch in hohen Konzentrationen in einigen heißen Quellen vor. Brominit ist beispielsweise ein Silberbromidmineral, das in Bolivien und Mexiko vorkommt.

Risiken

Brom in flüssigem Zustand ist ätzend für menschliches Gewebe. Die größte Gefahr für den Menschen geht jedoch von Bromdämpfen und deren Einatmen aus.

Das Atmen in einer Umgebung mit einer Bromkonzentration von 11–23 mg / m ³ führt zu schweren Schocks. Eine Konzentration von 30–60 mg / m ³ ist äußerst schädlich. In der Zwischenzeit kann eine Konzentration von 200 mg tödlich sein.

Verweise

1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganische Chemie. (Vierte Edition). Mc Graw Hill.
2. Nationales Zentrum für Informationen zur Biotechnologie. (2019). Brom. PubChem-Datenbank. CID = 23968. Wiederhergestellt von: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. Ross Rachel. (8. Februar 2017). Fakten über Brom. Wiederhergestellt von: livesscience.com
4. Wikipedia. (2019). Borax. Wiederhergestellt von: en.wikipedia.org
5. Lenntech BV (2019). Brom. Wiederhergestellt von: lenntech.com