Бром (Br) — характеристика, будова, властивості

У 1826 році хімік з Франції Антуан Жером Балар відкрив новий хімічний елемент – бром (Br). Це сталося при вивченні розсолів соляних промислів Середземномор’я.

Рідина мала вкрай неприємний запах, за що і отримала свою назву, яка походить від грецького слова bromos — сморід.

Відкриття зробило викладача коледжу всесвітньо відомим, а речовина була внесена в періодичну таблицю Менделєєва.

Визначення та фізична характеристика

Бром, що позначається символом Br, є галогеном і входить в VII групу періодичної таблиці хімічних елементів.

• Речовина має атомний номер 35,
• її атомна маса становить 79,904 дальтонів.
• Молярна маса складає 79,904 г/моль.
• Відносна молекулярна маса молекули дорівнює 159,808, а її молярна маса — 160 г/моль.
• Густина речовини в рідкому вигляді – 3,1 г/см³.
• Температура застигання брому становить -7,2°С.
• Бром, що зустрічається в природі, складається з двох нуклідів з масовими числами 79 і 81.

Існує безліч штучних радіоактивних ізотопів. Серед них найцікавішим вважається 80Br, оскільки на його прикладі радянський фізик Курчатов відкрив ізомерію атомних ядер.

Бром являє собою рідину червоно-бурого відтінку, що відрізняється сильним неприємним запахом. Замерзлий елемент має форму червоно-коричневих голчастих кристалів, блискучих як метал. Кипить бром при температурі 58,78 °С, перетворюючись в пар жовто-бурого кольору.

Бром погано розчиняється у воді. Так, якщо її температура не перевищує 5,84 °С, то речовина утворює темно-червоні кристали. Найкраще для його розчинення підходять органічні склади. Витягувати елемент з різних водних сполук дозволяє саме ця фізична властивість.

Бром в будь-якому фізичному вигляді складається з двоатомних молекул. Розпад на атоми стає добре помітний при температурі 800 °C. Але його можна спостерігати і при дії світла.

Хімічна будова і властивості брому

Зовнішні електрони атома мають конфігурацію 4s24p5. Необхідно відзначити, що таке хімічна властивість брому, як ступінь окислення, різниться в залежності від з’єднання, наприклад, у гіпобромітів цей показник дорівнює +1, а у броматів він становить +5.

У з’єднаннях валентність брому змінна. Атом речовини має заряд тільки тоді, коли є іоном, заряд ядра атома становить 35. Представити електронну формулу брому можна наступним чином: 1s2 2s2 2P6 3S2 3P6 4s2 3d10 4P5. Структурна ж формула має вигляд:

Br-Br

Бром є хімічно активним, а тому за здатністю до реакції розташовується між хлором і йодом. Сильне розігрівання іноді супроводжується горінням і виникає, коли речовина взаємодіє з наступними реагентами:

• сірка;
• селен;
• телур;
• фосфор;
• арсен (мишак);
• сурма.

Так само протікає реакція речовини з деякими металами, наприклад, калієм і алюмінієм. Але більшість металевих елементів погано реагує з безводним бромом, тому що на їх поверхні утворюється захисна плівка броміду, яка не розчиняється в цьому реагенті.

Найбільш стійкими до такої реакції, навіть при високій температурі і наявності води, вважаються наступні метали:

• платина;
• свинець;
• срібло;
• тантал.

У золота з бромом взаємодія проходить досить активно. Кисень, азот і вуглець не створюють з елементом прямих з’єднань навіть при підвищеній температурі. Щоб ці речовини з’єдналися, хіміки застосовують різні непрямі методи. Наприклад, дуже неміцний оксид Br₃O₈ отримують за допомогою впливу озону на бром при 80 °C. Реагувати безпосередньо з елементом здатні галогени. В результаті їх взаємодії утворюються BrF₃, BrCl та інші сполуки.

Бром належить до сильних окислювачів. Елемент здатний витіснити з хімічних сполук йод. Сам же бром витісняється хлором і фтором.

Виділити чистий неметал з бромідів на основі води можна за допомогою використання сильних окислювачів, помістивши всі реагенти в кисле середовище. Розчиняючись у воді, бром вступає з нею в слабку реакцію, результатом якої стає утворення бромоводневої  та гіпобромової кислот. Водний розчин елемента називається бромною водою.

Неметал розчиняється в лугах:

• При низьких температурах з’єднання брому і гідроксидів дає броміди і гіпоброміти.
• При температурі близько 100 °C утворюються броміди і бромати.

Взаємодія брому і органічних сполук найчастіше проходить з характерним приєднанням вуглецю по подвійному зв’язку і заміщенням водню. Зазвичай це відбувається при впливі різних каталізаторів або світла.

Ще однією поширеною хімічною реакцією є бромування, суть якої полягає у введенні атома реагенту в з’єднання за допомогою хімічної реакції речовини з ненасиченою молекулою або заміщення водню.

Знаходження в природі

Основна частина природного брому розсіяна в земній корі. Найбільше речовини міститься в породах, сформованих магмою. Цей елемент можна виявити поруч з хлором.

Так, солі елемента зустрічаються в сольових хлорних відкладеннях, в морській воді, насиченому розчині соляних озер і розсолах, що знаходяться під землею, які часто пов’язані з родовищами солі і нафти. Оскільки речовина добре розчиняється у воді, її солі накопичуються в розсолах, що залишилися на місці озер і заток.

Бром переміщається в формі добре розчинних сполук, а тому його досить складно зустріти у твердій мінеральній формі. Мінералами стають :

• бромиріт AgBr;
• емболіт Ag (Cl, Br);
• йодемболіт Ag (Cl, Br, I).

Вони утворюються в зонах окислення сульфідних родовищ срібла, що сформувалися в областях пустель і напівпустель.

Промислове отримання

У промисловості для отримання брому використовують морську воду, озерні та підземні розсоли, а також калійні луги. Для виділення речовини застосовують хлор. Процедура складається з наступних етапів:

• У гранітні, керамічні або інші стійкі до бромового впливу колони зверху подають підігріту сировину.
• Знизу в них направляють хлор та водяну пару або повітря.
• Після виходу з пристрою бромові пари осідають у вигляді рідини в спеціальних холодильних установках.
• Отриману речовину відокремлюють від води.
• За допомогою дистиляції бром очищають від хлору.
• З суміші реактиву і повітря бром виділяють за допомогою хімічних поглиначів. У таких установках може використовуватися газоподібний сірчистий ангідрид. Він реагує з реактивом при наявності водяної пари, утворюючи бромистоводневу та сульфатну кислоти.
• Для отримання чистого брому напівпродукти піддають впливу хлору або кислоти.
  При необхідності проводиться їх перероблення на бромисті з’єднання без виділення шуканого елемента.

Метод із застосуванням повітря дозволяє отримувати бром з розсолів навіть з невеликою кількістю речовини. Застосовувати до таких сумішей паровий спосіб економічно невигідно, оскільки на виділення малої кількості реагенту витрачається значна кількість пари.

Застосування брому

Перш за все, речовина є основою для створення бромистих солей і різних похідних на основі органіки. Але і сам реактив, і його сполуки досить широко використовуються в багатьох областях життєдіяльності людини:

• Органічні броміди – синтезування барвників і ліків.
• Броміди лужних металів – заспокійливі препарати, що використовується для лікування неврозів, підвищеної дратівливості, гіпертонії, епілепсії.
• Бромід срібла – фотографія.
• Бром – виготовлення бромистого етилу і диброметану, що беруть участь у виробництві етилової рідини, яку додають до бензинів, щоб знизити їх здатність до детонації.
• Бромистий метил – інсектициди.
• Органічні сполуки речовини – виробництво ефективних вогнегасників.
• Бромна вода – хімічні аналізи, що дозволяють визначати багато речовин.

Бром в організмі

Речовина міститься в тканинах всіх тварин і рослин. Його виявили практично у всіх рідинах тіла. Якщо людина здорова, то в її організмі рівень брому становить від 0,11 до 2,00 мг/%. Для підтримки цього показника в добу необхідно отримувати не більше 0,8-1 г реактиву.

Радіоактивний бром дозволив виявити, що речовина поглинається щитовидною залозою, нирками і мозком.

Броміди, які були введені в тваринні організми, збільшили концентрацію процесів гальмування, що проходять в головному мозку. Вони сприяли приведенню в норму нервової системи, яка постраждала від надмірної напруги, що виникла в результаті подібного процесу.

Але слід враховувати, що хімічний елемент затримується в щотоподібній залозі, вступаючи в конкуренцію з йодом. Це впливає на роботу щитоподібної залози, що відбивається на обміні речовин.

Бром погано засвоюється, якщо в реакції братимуть участь:

• хлор;
• алюміній;
• йод;
• фтор.

Щоб уникнути такої ситуації, перед початком лікування препаратами, що містять бромні солі, необхідно проконсультуватися з лікарем.

Небезпека і шкода

Елементарний бром являє собою сильнодіючу отруту, яка відноситься до другого класу небезпеки. Його ні в якому разі не можна приймати всередину.

Дуже небезпечні пари речовини:

• При концентрації 1 мг/м³ і більше газ викликає кашель, нежить, кровотечу з носа, запаморочення і головний біль.
• При концентраціях, що перевищують зазначений поріг, у людини може початися набряк легенів, задуха, бронхіт, в деяких випадках можливий смертельний результат.
• Максимальне допустиме значення – 2 мг/м³.

Щоб уникнути отруєння бромом, всі роботи з реагентом необхідно здійснювати в спеціальних шафах, обладнаних хорошою витяжною системою. Якщо ж захиститися від парів не вдалося, то слід подихати сильно розведеним водним розчином аміаку, також можливе застосування розчину на етиловому спирті. Для усунення болю в горлі, що виниклл через вплив отруйного газу, потрібно випити добре нагріте молоко.

У рідкому вигляді бром, що потрапив на шкіру, викликає опіки, які погано гояться. У разі ураження шкіри реагент необхідно ретельно змити великою кількістю води або здути потужним повітряним струменем. Місце опіку слід змастити ланоліном.

Представникам професій, що вимагають постійної концентрації уваги, наприклад, водіям і альпіністам, застосовувати ліки на основі брому не рекомендується.

Це обумовлено властивістю речовини знімати збуджений стан нервової системи, розслабляти її.