BROM: LỊCH SỬ, CẤU TẠO, CẤU HÌNH ELECTRON, TÍNH CHẤT, CÔNG DỤNG - HÓA HỌC

Các brom là một yếu tố phi kim loại thuộc nhóm halogen, nhóm 17 (VIIa) của bảng tuần hoàn. Ký hiệu hóa học của nó là Br. Nó xuất hiện dưới dạng một phân tử điatomic, mà các nguyên tử của nó được liên kết bằng liên kết cộng hóa trị, đó là lý do tại sao nó được gán công thức phân tử Br ₂ .

Không giống như flo và clo, brom trong điều kiện trên cạn không phải là chất khí mà là chất lỏng màu nâu đỏ (hình bên dưới). Nó đang bốc khói, và nó cùng với thủy ngân, các nguyên tố lỏng duy nhất. Bên dưới nó, iốt, mặc dù nó có màu đậm hơn và chuyển sang màu tím, có thể kết tinh thành một chất rắn dễ bay hơi.

Lọ đựng nước brom lỏng nguyên chất. Nguồn: Hình ảnh độ phân giải cao của các nguyên tố hóa học

Brom được phát hiện một cách độc lập vào năm 1825 bởi Carl Löwig, người đang nghiên cứu dưới sự chỉ đạo của nhà hóa học người Đức Leopold Gmelin; và vào năm 1826, bởi nhà hóa học người Pháp Antoine-Jérome Balard. Tuy nhiên, việc công bố các kết quả thí nghiệm của Balard trước Löwig.

Brom là nguyên tố phong phú thứ 62 trên Trái đất, được phân bố ở nồng độ thấp trên khắp vỏ trái đất. Ở biển, nồng độ trung bình là 65 ppm. Cơ thể con người chứa 0,0004% brom, chức năng của nó chưa được biết rõ ràng.

Nguyên tố này được khai thác thương mại ở những nơi có nước muối hoặc những nơi do điều kiện đặc biệt là những nơi có nồng độ muối cao; ví dụ, Biển Chết, nơi nước của các lãnh thổ lân cận hội tụ, bão hòa với muối.

Nó là một nguyên tố ăn mòn có khả năng tấn công các kim loại, chẳng hạn như bạch kim và palladium. Hòa tan trong nước, brom cũng có thể gây tác động ăn mòn lên các mô của con người, làm trầm trọng thêm tình hình vì có thể tạo ra axit hydrobromic. Về độc tính, nó có thể gây tổn hại đáng kể đến các cơ quan, chẳng hạn như gan, thận, phổi và dạ dày.

Brom rất có hại trong khí quyển, có khả năng phá hủy tầng ozon gấp 40-100 lần so với clo. Một nửa sự mất mát của tầng ôzôn ở Nam Cực được tạo ra bởi các phản ứng liên quan đến bromomethyl, một hợp chất được sử dụng làm chất xông hơi.

Nó có nhiều ứng dụng, chẳng hạn như: chất chống cháy, chất tẩy trắng, chất khử trùng bề mặt, phụ gia nhiên liệu, chất trung gian trong sản xuất thuốc an thần, sản xuất hóa chất hữu cơ, v.v.

Lịch sử

Tác phẩm của Carl Löwig

Brom được Carl Jacob Löwig, một nhà hóa học người Đức, phát hiện ra một cách độc lập và gần như đồng thời vào năm 1825, và Antoine Balard, một nhà hóa học người Pháp vào năm 1826.

Carl Löwig, một đệ tử của nhà hóa học người Đức Leopold Gmelin, đã lấy nước từ một con suối ở Bad Kreuznach và thêm clo vào đó; Sau khi thêm ete, hỗn hợp chất lỏng được khuấy.

Sau đó, ete được chưng cất và cô đặc bằng cách làm bay hơi. Kết quả cô thu được chất có màu nâu đỏ, đó là nước brom.

Tác phẩm của Antoine Balard

Về phần mình, Balard đã sử dụng tro từ một loại tảo nâu được gọi là fucus và trộn chúng với nước muối, chiết xuất từ các bãi muối Montpellier. Do đó, ông giải phóng brom, cho clo đi qua chất lỏng được chiết xuất, trong đó magie bromua, MgBr ₂ , có mặt .

Sau đó, vật liệu được chưng cất với sự có mặt của mangan đioxit và axit sunfuric, tạo ra hơi màu đỏ ngưng tụ thành một chất lỏng sẫm màu. Balard nghĩ rằng đó là một nguyên tố mới và gọi nó là muride, bắt nguồn từ từ tiếng Latinh muria, được chỉ định là nước muối.

Có thông tin cho rằng Balard đã đổi tên từ muride thành brôme theo gợi ý của Anglada hoặc Gay-Lussac, dựa trên thực tế rằng brôme có nghĩa là hôi, xác định mùi của nguyên tố được phát hiện.

Kết quả được Belard công bố trên Annales of Chemie and Physique, trước khi Löwig xuất bản.

Chỉ từ năm 1858 trở đi, người ta đã có thể sản xuất brom với số lượng đáng kể; Năm mỏ muối Stassfurt được phát hiện và khai thác, tạo ra brom là sản phẩm phụ của kali.

Cấu tạo và cấu hình electron của brom

Phân tử

Phân tử Br2. Nguồn: Benjah-bmm27.

Hình ảnh trên cho thấy phân tử brom, Br ₂ , có dạng hình lấp đầy. Trên thực tế, có một liên kết cộng hóa trị duy nhất giữa hai nguyên tử brom là Br-Br.

Là một phân tử đồng nhất và diatomic, nó thiếu mômen lưỡng cực vĩnh viễn và chỉ có thể tương tác với những phân tử khác cùng loại bằng lực phân tán London.

Đây là lý do tại sao chất lỏng màu đỏ của nó bốc khói; trong phân tử Br ₂ , mặc dù tương đối nặng nhưng lực liên phân tử của chúng giữ chúng lỏng lẻo với nhau.

Brom kém âm điện hơn clo, do đó ảnh hưởng kém hơn đến các electron ở các lớp vỏ hóa trị. Do đó, nó cần ít năng lượng hơn để di chuyển các mức năng lượng cao hơn, hấp thụ các photon màu xanh lá cây và phản chiếu màu đỏ.

Pha lê

Cấu trúc tinh thể brom. Nguồn: Ben Mills.

Trong pha khí, các phân tử Br ₂ phân tách đáng kể cho đến khi không còn tương tác hiệu quả giữa chúng. Tuy nhiên, dưới điểm nóng chảy của nó, brom có thể đóng băng thành các tinh thể trực thoi màu đỏ (hình trên).

Lưu ý rằng các phân tử Br ₂ được sắp xếp theo thứ tự như thế nào để chúng trông giống như "sâu brom". Ở đây, và ở những nhiệt độ này (T <-7,2 ° C), lực phân tán đủ để dao động của các phân tử không làm tinh thể sụp đổ ngay lập tức; nhưng vẫn có một vài trong số họ sẽ không ngừng thăng hoa.

Lớp hóa trị và các trạng thái oxy hóa

Cấu hình electron của brom là:

3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁵

Là 3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁵ vỏ hóa trị của nó (mặc dù obitan 3d ¹⁰ không đóng vai trò chủ đạo trong các phản ứng hóa học của nó). Các electron ở obitan 4s và 4p là lớp ngoài cùng và có tổng số 7, chỉ còn một electron nữa là hoàn thành octet hóa trị.

Từ cấu hình này, có thể suy ra các trạng thái oxi hóa có thể có đối với brom: -1, nếu nó thu được một electron là đẳng điện tử đối với krypton; +1, để lại 3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁴ ; +3, +4 và +5, mất tất cả các electron khỏi quỹ đạo 4p (3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁰ ); và +7, không để lại electron trong quỹ đạo 4s (3d ¹⁰ 4s ⁰ 4p ⁰ ).

Tính chất

Ngoại hình

Chất lỏng bốc khói màu nâu đỏ sẫm. Nó được tìm thấy trong tự nhiên như một phân tử điatomic, với các nguyên tử liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trị. Brom là chất lỏng đặc hơn nước và chìm trong đó.

Trọng lượng nguyên tử

79,904 g / mol.

Số nguyên tử

35.

Mùi

Một làn khói hăng, ngột ngạt và khó chịu.

Độ nóng chảy

-7,2 ° C.

Điểm sôi

58,8 ° C.

Mật độ (Br

3.1028 g / cm ³

Khả năng hòa tan trong nước

33,6 g / L ở 25 ° C. Độ tan của brom trong nước thấp và có xu hướng tăng khi giảm nhiệt độ; hành vi tương tự như của các khí khác.

Cơ sở vật chất

Hòa tan tự do trong rượu, ete, cloroform, cacbon tetraclorua, cacbon đisunfua và axit clohydric đậm đặc. Hòa tan trong dung môi không phân cực và một số phân cực như rượu, axit sunfuric và trong nhiều dung môi halogen hóa.

Gấp ba lần Điểm

265,9 K ở 5,8 kPa.

Điểm quan trọng

588 K ở 10,34 MPa.

Nhiệt của phản ứng tổng hợp (Br

10,571 kJ / mol.

Nhiệt hóa hơi (Br

29,96 kJ / mol.

Nhiệt dung mol (Br

75,69 kJ / mol.

Áp suất hơi

Ở nhiệt độ 270 K, 10 kPa.

Nhiệt độ tự bốc cháy

Không dễ cháy.

điểm đánh lửa

113 ° C.

Nhiệt độ bảo quản

Từ 2 đến 8 ºC.

Sức căng bề mặt

40,9 mN / m ở 25 ° C.

Ngưỡng mùi

0,05 - 3,5 ppm. 0,39 mg / m ³

Chỉ số khúc xạ (ηD)

1,6083 ở 20 ° C và 1,6478 ở 25 ° C.

Độ âm điện

2,96 trên thang điểm Pauling.

Năng lượng ion hóa

- Mức thứ nhất: 1.139,9 kJ / mol.

- Bậc hai: 2.103 kJ / mol.

- Mức thứ ba: 3.470 kJ / mol.

Đài nguyên tử

120 giờ chiều.

Bán kính cộng hóa trị

120,3 giờ chiều.

Đài phát thanh Van der Waals

185 giờ chiều.

Phản ứng

Nó ít phản ứng hơn clo, nhưng phản ứng mạnh hơn iot. Nó là một chất oxy hóa kém hơn clo và mạnh hơn iot. Nó cũng là một chất khử yếu hơn iot, nhưng mạnh hơn clo.

Hơi clo có tính ăn mòn cao đối với nhiều vật liệu và mô người. Tấn công nhiều nguyên tố kim loại, bao gồm bạch kim và palladium; nhưng nó không tấn công chì, niken, magiê, sắt, kẽm và natri dưới 300ºC.

Brom trong nước bị biến đổi và chuyển thành bromua. Nó cũng có thể tồn tại dưới dạng bromat (BrO ₃^- ), tùy thuộc vào độ pH của chất lỏng.

Do tác dụng oxy hóa của nó, brom có thể giải phóng các gốc oxy tự do. Đây là những chất oxy hóa mạnh và có thể gây tổn thương mô. Ngoài ra, brom có thể tự bốc cháy khi kết hợp với kali, phốt pho hoặc thiếc.

Các ứng dụng

Phụ gia xăng

Ethylene dibromide được sử dụng để loại bỏ cặn chì tiềm ẩn từ động cơ ô tô. Sau quá trình đốt cháy xăng có sử dụng chì làm phụ gia, brom kết hợp với chì tạo thành chì bromua, một loại khí dễ bay hơi được thoát ra ngoài qua ống xả.

Mặc dù brom đã loại bỏ chì khỏi xăng, nhưng tác động phá hủy của nó đối với tầng ôzôn rất mạnh, đó là lý do tại sao nó bị loại bỏ cho ứng dụng này.

Thuốc trừ sâu

Methylene hoặc bromomethyl bromide được sử dụng như một loại thuốc trừ sâu để làm sạch đất, đặc biệt là để trừ tuyến trùng ký sinh, chẳng hạn như giun móc.

Tuy nhiên, việc sử dụng hầu hết các hợp chất có chứa brom đã bị loại bỏ do tác động phá hủy tầng ôzôn của chúng.

Kiểm soát phát thải thủy ngân

Brom được sử dụng trong một số nhà máy để giảm phát thải thủy ngân, một kim loại rất độc.

Nhiếp ảnh

Bạc bromua, ngoài bạc iotua và bạc clorua, được sử dụng như một hợp chất nhạy sáng trong nhũ tương nhiếp ảnh.

Hành động trị liệu

Kali bromua, cũng như lithi bromua, được sử dụng làm thuốc an thần nói chung trong thế kỷ 19 và đầu thế kỷ 20. Bromua ở dạng muối đơn giản vẫn được sử dụng ở một số nước làm thuốc chống co giật.

Tuy nhiên, FDA Hoa Kỳ không chấp thuận việc sử dụng brom để điều trị bất kỳ bệnh nào ngày nay.

Chất chống cháy

Brom bị ngọn lửa chuyển hóa thành axit hydrobromic, chất này cản trở phản ứng oxy hóa xảy ra trong quá trình cháy và gây ra sự tắt của nó. Các polyme chứa brom được sử dụng để làm nhựa chống cháy.

Phụ gia thực phẩm

Dấu vết của kali bromat đã được thêm vào bột để cải thiện khả năng nấu nướng.

Thuốc thử và hóa chất trung gian

Hiđro bromua được dùng làm chất khử và chất xúc tác cho các phản ứng hữu cơ. Brom được sử dụng như một chất trung gian hóa học trong sản xuất thuốc, chất lỏng thủy lực, chất làm mát, chất hút ẩm và trong các chế phẩm làm phồng tóc.

Nó cũng được sử dụng trong sản xuất dung dịch khoan giếng, các sản phẩm khử trùng nước, chất tẩy trắng, chất khử trùng bề mặt, chất tạo màu, phụ gia cho nhiên liệu, v.v.

Hành động sinh học

Một nghiên cứu được thực hiện vào năm 2014 chỉ ra rằng brom là một đồng yếu tố cần thiết cho quá trình sinh tổng hợp collagen IV, khiến brom trở thành một yếu tố cần thiết cho sự phát triển của mô động vật. Tuy nhiên, không có thông tin về hậu quả của việc thâm hụt nguyên tố.

Nó nằm ở đâu

Brom được chiết xuất thương mại từ các mỏ muối sâu và hố nước muối được tìm thấy ở bang Arkansas và ở Hồ Muối Lớn của Utah, cả hai đều ở Hoa Kỳ. Nước muối cuối cùng này có nồng độ brom là 0,5%.

Để tách brom, người ta cho clo ở thể khí nóng vào nước muối, để oxi hóa các ion bromua trong dung dịch, thu được brom nguyên tố.

Biển Chết, trên biên giới giữa Jordan và Israel, là một vùng biển kín nằm dưới mực nước biển, khiến nó có nồng độ muối rất cao.

Ở đó người ta thu được brom và kali bằng cách làm bay hơi nước muối cao từ Biển Chết. Trong vùng biển này nồng độ brom có thể đạt tới 5 g / L.

Nó cũng được tìm thấy với nồng độ cao trong một số suối nước nóng. Ví dụ, brominite là một khoáng chất bromua bạc được tìm thấy ở Bolivia và Mexico.

Rủi ro

Brom ở trạng thái lỏng có tính ăn mòn các mô của con người. Nhưng mối nguy hiểm lớn nhất đối với con người đến từ khói brom và việc hít phải chúng.

Hít thở trong môi trường có nồng độ brom từ 11–23 mg / m ^{3 sẽ} tạo ra những cú sốc nghiêm trọng. Nồng độ 30-60 mg / m ³ là cực kỳ có hại. Trong khi đó, nồng độ 200 mg có thể gây tử vong.

Người giới thiệu

Rùng mình & Atkins. (2008). Hóa học vô cơ. (Tái bản lần thứ tư). Đồi Mc Graw.
Trung tâm Thông tin Công nghệ Sinh học Quốc gia. (2019). Nước brom. Cơ sở dữ liệu PubChem. CID = 23968. Được khôi phục từ: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
Ross Rachel. (Ngày 8 tháng 2 năm 2017). Sự thật về brom. Được khôi phục từ: livesscience.com
Wikipedia. (2019). Borax. Khôi phục từ: en.wikipedia.org
Lenntech BV (2019). Nước brom. Khôi phục từ: lenntech.com

BROM: LỊCH SỬ, CẤU TẠO, CẤU HÌNH ELECTRON, TÍNH CHẤT, CÔNG DỤNG - HÓA HỌC - 2026