Бром: факти та фактики

Навіщо бром медикам? Відразу після відкриття брому в 1825 році його солі стали використовувати як заспокійливий засіб, а також для запобігання конвульсіям. Однак лише майже через століття, в 1910 році, один з учнів академіка І.П.Павлова, П.М.Нікіфіровський, отримав перші відомості про механізм дії солей брому, поставивши серію дослідів. Собаці давали сухий м'ясний порошок і вважали обсяг слини, що виділяється. При цьому діяли подразниками гучними звуками, світлом тощо, щоб виробити умовний рефлекс. У ході дослідів собаку почали підгодовувати молоком із добавкою броміду натрію, і через деякий час вона взагалі перестала реагувати на будь-які подразники. Отже, бром посилює гальмування нервових реакцій. До речі, після того, як досліди закінчували, інтерес до життя у собаки відновлювався.

Заспокійливі препарати брому були дуже популярні до кінця XX століття, поки раптом не з'ясувалося, що зловживання ними призводить до серйозних психічних розладів і майже 2% клієнтів божевільних будинків — жертви бромотерапії, так званого бромізму. У 1975 році у США ці препарати були заборонені та поступово пішли з ринку всіх країн; сучасні транквілізатори бромідів не містять.

Які симптоми бромізму? Це може бути як помутніння свідомість, і психози з галюцинаціями. Ось як описують автори статті в журналі Postgraduate Medical Journal (повний текст у PDF) наслідки тридцятирічного щотижневого прийому чайної ложки броміду калію. У сімдесятисімирічного пацієнта, колишнього хіміка, вміст брому в крові був не такий вже й великий — 400 мг/л (небезпечним вважається рівень 100 мг/дл).Однак йому мерехтіли поганий запах у будинку й електричні привиди, що проникали до будинку проводами від сусіда; підступний сусід отримав цеглу в дах своєї теплиці, що й стало приводом для розслідування. Були й інші знайомі психіатрам симптоми. При цьому людина перебувала у тверезій пам'яті та здоровому глузді, демонструючи IQ 120. Після тритижневого лікування вміст брому в крові зменшився до нуля, і душевне здоров'я відновилося. Інший випадок більш загадковий. Протягом півтора року літня медсестра перебувала у пригніченому стані, страждала на провали в пам'яті, за що її вирішили звільнити. Дослідження не виявило жодних дивацтв, крім 310 мг/л брому в крові. За тиждень бром з організму вивели, і стан людини повернувся до норми. Проте, звідки в її організмі взявся бром, медсестра не знала. Згодом у одного разу знову виник такий стан, і знову рівень брому виявився високим — 250 мг/л.

Чи додають бром у чай солдатам зниження статевого потягу? З попереднього розділу зрозуміло, що жодна людина в здоровому глузді не стане цього робити: при такому масовому використанні бромистих препаратів ризик отруєння надзвичайно великий. Крім того, як стверджують військові лікарі, якби таке практикувалося, було б повчання щодо застосування препаратів та складські відомості, а нічого цього немає. Міф виник дуже давно, мабуть, одночасно з появою бромистих заспокійливих солей, тільки про це немає свідчень. Як пише Вікіпедія, перші документовані чутки про використання броміду калію в чаї солдатів британської армії належать до Другої світової війни. Тоді ж у американській армії ходили розповіді про додавання препарату брому до кави.У радянських допризовників були популярні байки про бромід калію в чаї та компоті; при цьому ніхто не замислюється, що солоні броміди на смак. Можливо, поширенню чуток сприяла практика додавання до цих страв таємничого білого порошку — аскорбінової кислоти. Строго кажучи, сама по собі ідея додавати заспокійливий бромід у їжу солдатів — людей, від яких потрібна швидкість реакцій та агресивність — виглядає дивно.

Втім, вчені помітили властивість брому підвищувати вироблення жіночих гормонів - у самок щурів з'єднання брому в дозі 45 мг викликало підвищення естрогенної активності. Це дослідження, проведене І.Преслом та П.Клетечкою та опубліковане в журналі «Проблеми ендокринології та гормонотерапії» за 1965 рік — єдина згадка про зв'язок брому зі статевими гормонами в базі наукових публікацій PubMed.

Чи використовуються зараз бромовані препарати? Так. Наприклад, ліки від кашлю — бромгексин: його молекула містить два атоми брому. Це аналог речовини, що видобувається з рослини Adhatoda vasica; у природній речовині, проте, брому немає. Входить бром та до складу антисептика ксероформу – з'єднання вісмуту з трибромфенолом. Ксероформ складова частина знаменитої мазі Вишневського, яку застосовують для лікування різного роду ушкоджень шкіри: виразок, опіків, гнійників.

Де ще використовують бром та його сполуки? Донедавна бром мав набагато більше професій, ніж тепер. Насамперед, без нього була неможлива фотографія — саме частки броміду срібла, нерозчинні у воді, що легко розкладаються на світлі, служили основою якісних фотографічних емульсій. Наразі плівково-паперову чорно-білу хімічну фотографію практично витіснила цифрова технологія.Метилбромід використовували як отрутохімікат як на полях, так і для домашніх фумігаторів. Однак Монреальський протокол захисту озонового шару поклав цьому кінець. Входив бром і до складу фреонів, які також були заборонені, вважається, що бром відповідальний за знищення 20—40% озону в озонових дірах. Етиленбромід застосовували як добавку, що підвищує октанове число бензину, причому на ці цілі йшла майже половина всього брому, але з 70-х років і від цієї добавки стали відмовлятися. Є важливі професії, яких бром поки що не втратив — він входить до складу каталізаторів, які застосовуються в органічному синтезі, та препаратів для дублення шкір. Розчини неорганічних солей брому нафтовики закачують у свердловину підвищення виходу нафти. Здавна бромовані рослинні олії застосовують як емульгатори. Наприклад, вони допомагають розчинити ароматичні добавки у газованих напоях. Незважаючи на обмеження в США використання брому з 70-х років, ці олії використовують досі, наприклад, у напої «Mountain Dew» виробництва компанії «Coca-Cola».

Як видобувають бром? Бром видобувають хлоруванням рапи - сильно концентрованої морської води. Річний обсяг виробництва становить близько півмільйона тонн, а лідирують у ньому США, Ізраїль, КНР та Йорданія. Взагалі ж бром — дуже розсіяний елемент, який практично не має мінералів. Це не дивно, адже більшість його власних сполук розчиняються, а розмір атома такий великий, що він не міститься в ґратах інших елементів. Саме тому морська вода — найдоступніше його джерело. Відповідно, найбільше брому міститься у водоростях та інших морських організмах.

Як було відкрито бром? Приблизно таким самим способом, яким його тепер і видобувають.Ось що писав кандидат хімічних наук Б.Я.Розен («Хімія життя і життя», 1970, № 3). Першовідкривач брому Антуан Жером Балар працював препаратором у професора Ж.Ангада в університеті Монпельє. Йому дали перше самостійне завдання: вивчити склад маточних розчинів, з яких видобувають морську сіль, а також морських водоростей. Під час роботи він встановив, що струмінь газоподібного хлору, пропущений через маточник, надає йому червоно-бурого забарвлення. Ще цікавіше поводився луг, отриманий із водоростей: коли до нього додавали хлорну воду та крохмаль, рідина ділилася на два шари — жовтуватий верхній та синій нижній. Тепер зрозуміло, що це хлор витісняв бром і йод із їхніх солей, які у морській воді. Балар припустив, що жовте забарвлення дає якесь з'єднання хлору з йодом, і довго намагався їх розділити. Після невдалих спроб він все-таки виділив барвник. Воно виявилося важкою червоно-коричневою рідиною з поганим запахом. Балар зрозумів, що отримано новий елемент, підготував повідомлення та надіслав зразки до Парижа. Елемент назвав мурид, від латинського слова «розсіл». Академічна комісія прийняла результати прихильно, але рекомендувала назвати елемент, як і інші галогени, за характерною властивістю. Через запах його і назвали бромом, що грецькою означає «смердючий». Балар незабаром просунувся по службі, і злі мови казали, що Балар відкрив бром, а бром відкрив Балара.

Цікаво, що Юстус Лібіх незадовго до відкриття Балара тримав у руках бром. Якась компанія надіслала йому пляшку жовтуватої води з проханням провести експертизу. Лібіх цією роботою не зацікавився, припустивши, що колір дає знов-таки з'єднання хлору з йодом.Згодом він написав наступну фразу, яку дуже корисно було б прочитати багатьом нинішнім дбайливцям за чисту науку: «Не може бути більшого нещастя для хіміка, як те, коли він сам не здатний звільнитися від упереджених ідей, а намагається дати всім явищам, що не сходяться цими уявленнями, пояснення, які не ґрунтуються на досвіді».

Що таке цинк-бромний акумулятор? Це один із перспективних акумуляторів: дуже дешевий, легкий, витримує дві тисячі (а після техобслуговування і вдвічі більше) циклів перезарядки, причому здатний повністю розряджатися. При заряді такого акумулятора металевий цинк осідає на аноді, а бром збирається на катоді. При розрядці між ними відбувається реакція і виходить розчин цинку броміду. Крім іншого, такий акумулятор заряджається будь-яким джерелом постійного струму - по суті, це гальванічний апарат - і не дає кислотних випарів, неминучих у свинцево-сірчанокислотного. З випаровуванням брому борються, забезпечуючи його зберігання на катоді або пористому вуглеці, або у вигляді нестійкого з'єднання. Через те, що на аноді можуть рости дендрити цинку, акумулятор потрібно раз на кілька днів повністю розряджати. Оптимальна конструкція акумулятора ще не знайдена, але інженери над нею працюють, а кілька компаній у США та КНР випускають такі акумулятори для різноманітних застосувань.

Яке зараз основне застосування брому? Бром у вигляді полібромдифенолів, їх ефірів і подібних сполук виявився чудовим гасителем полум'я, здатним добре змішуватися з полімерами. При горінні такі сполуки легко перетворюються на бромоводень HBR.Він реагує з вільними радикалами водню, кисню або гідроксигрупи та нейтралізує їх, тобто обриває ланцюгову реакцію, що забезпечує горіння. Такі добавки особливо популярні при виробництві пластиків для виготовлення електронних плат, але багато інших матеріалів містять ці речовини.

У зв'язку зі зростанням обсягів пластикового та електронного сміття виникає проблема вивільнення бромвмісної органіки в навколишнє середовище. Вивільняється вона як у результаті вимивання із закопаного сміття, і при спалюванні сміття на заводах. Вимірювання, проведені в 2003 році, показали, що в кілограмі електронних компонентів міститься 3—4 грами різних полібромфенолів, а також 5,5 г чистого брому і 1,7 г ртуті. Потрапивши в природу, ці речовини неминуче передаватимуться по харчовому ланцюгу, накопичуватимуться і, можливо, впливатимуть на здоров'я людей. Поки що виявлено негативний вплив полібромфенолів на розвиток мозку у новонароджених щурів, а також на зміну морфології внутрішніх органів у дорослих щурів та кролів. Доза, що діє, становила десятки міліграм на кілограм живої ваги.

Канцерогенні властивості цих речовин були помічені при високих дозах, грамів на кілограм ваги. Що цікаво, полібромфеноли накопичуються не тільки в природі, а й у техносфері – при вторинному використанні пластиків, отриманих під час переробки електронного сміття. Звісно, ​​з таких пластиків заборонено робити харчову упаковку. Однак, наприклад, чеські дослідники виявили, що сліди електроніки присутні у семи з десяти чорних пластикових піддонів для їжі: вміст полібромфенолів у них становив від 57 до 5975 мг на кілограм виробу (Food Additives & Contaminants: Part A). Була там і ртуть.Мабуть, при розвитку переробки пластмас бромовані гасники полум'я стануть неминучими складовими будь-якого пластику.

Знебарвлення бромної води: що це означає і для чого відбувається?

Що відбувається при знебарвленні бромної води? Це незвичайне хімічне явище має важливе практичне значення.

Що таке бромна вода і як вона виглядає

Бромна вода є водним розчином брому (Br2) У ній міститься близько 3,5% брому по масі.

При зберіганні на світлі бромна вода поступово розкладається з виділенням кисню. Тому її необхідно зберігати в темному посуді.

У лабораторії бромну воду отримують шляхом розчинення 1 мл брому в 250 мл дистильованої води при інтенсивному перемішуванні. У промисловості використовуються інші, більш продуктивні методи.

Органічні сполуки, що знебарвлюють бромну воду

Існує кілька класів органічних сполук, які знебарвлюють бромну воду.

• Алкени, алкіни та дієни - з'єднання з кратними вуглець-вуглецевими зв'язками;
• Циклопропан та циклобутан – малі циклічні вуглеводні;
• Альдегіди, у тому числі альдегідосахара;
• Фенол та анілін – ароматичні сполуки.

Розглянемо докладніше кожну з цих груп.

Алкени, алкіни, дієни. Це ненасичені вуглеводні, що містять подвійні та потрійні вуглець-вуглецеві зв'язки.До них відносяться етилен, пропілен, бутадієн, ацетилен та багато інших. При взаємодії з бромною водою атоми брому приєднуються до кратних зв'язків із їх розривом.

Аналогічно протікають реакції інших алкенів, алкінів і дієнів. При цьому бромна вода знебарвлюється.

Малі циклічні вуглеводні - циклопропан C3H6 та циклобутан C4H8. Вони також знебарвлюють бромну воду, проте в цьому випадку крім приєднання атомів брому відбувається розрив циклу:

Це з великою напругою трьох- і четырехчленных циклів.

Альдегіди, у тому числі альдегідосахара (рибоза, дезоксирибоза) та дисахариди (крім сахарози), окислюються бромною водою до

Як видно з прикладу, альдегідна група в етаналі окислюється до карбоксильної групи етанової кислоти. Аналогічні реакції протікають коїться з іншими альдегідами.

Фенол та анілін – ароматичні сполуки, що містять бензольне кільце. Вони замінюють атом водню в бромній воді на ароматичне кільце. Відбувається реакція електрофільного заміщення із виділенням бромоводню:

При цьому випадає білий осад 2,4,6-трибромфенолу або 2,4,6-триброманіліну. Бромна вода знебарвлюється.

Таким чином, знебарвлення бромної води може відбуватися внаслідок різних реакцій для різних класів органічних сполук. Це або приєднання брому до кратних зв'язків, або окиснення, або електрофільне заміщення.

Механізм реакцій знебарвлення

Розглянемо докладніше, як відбуваються реакції знебарвлення бромної води описаними вище органічними сполуками.

Електрофільне приєднання до кратних зв'язків

У разі алкенів, алкінів та дієнів відбувається електрофільне приєднання молекули брому по кратному вуглець-вуглецевому зв'язку. Цей процес називається бромування.Знебарвлення бромної води пов'язане з тим, що бром втрачає своє забарвлення, приєднуючись до подвійного зв'язку.

Розрив циклу при знебарвленні

У разі малих циклів у ході знебарвлення бромної води, крім приєднання атомів брому, відбувається розрив циклу. Це викликано високою напругою трьох-і чотиричленних циклів.

Окислення альдегідів

При знебарвленні альдегідів реалізується окислювально-відновна реакція. Альдегідна група окислюється до карбоксильної групи карбонової кислоти, при цьому бром відновлюється до бромід-іону.

Реакції ароматичних сполук

Фенол та анілін взаємодіють з бромною водою за іншим механізмом - шляхом електрофільного заміщення атома водню в ароматичному кільці на атом брому. При цьому виділяється бромоводень, а знебарвлення бромної води відбувається через зменшення концентрації розчиненого в ній брому.

Чинники, що впливають на знебарвлення

Швидкість та повнота знебарвлення бромної води залежать від ряду факторів:

• Температура
• Концентрація реагентів
• Наявність каталізатора
• pH середи

Підвищення температури та концентрації у більшості випадків прискорює знебарвлення. Додавання каталізаторів (FeBr3, AlCl3) також може суттєво збільшити швидкість реакції для деяких сполук.

Бром

Бром (Вг) -красиво-бура рідина з різким неприємним запахом, відноситься до галогенів.

Бром відкрито 1826 р. у Франції хіміком А. Ж. Баларом щодо розсолів середземноморських соляних промислів; назва елемента пов'язана з його неприємним запахом (від грецького "бромос" - смердючий).

Через високу хімічну активність у вільному вигляді не зустрічається, знаходиться у вигляді бромідів у морській воді, у водах соляних озер, нафтових свердловин, у земній корі у верхніх шарах покладів кухонної солі.

Зміст у земній корі 1,6. 10-4% (за масою), оцінюється 10 15 - 10 '6 тонн; у підземних бурових водах від 170 до 700 мг/л брому.

Броміди NaBr, KBr, MgBr ₂ зустрічаються у відкладеннях хлоридів (у кухонній солі, сильвін, карналіті) і в підземних сольових розчинах. Завдяки добрій розчинності у воді броміди рідко утворюють тверді мінеральні форми. З останніх відомі: бромірит AgBr, емболіт Ag (С1, Вг), йодемболіт Ag (CI, Br, 1).

Сировиною для промислового одержання брому в СРСР є озерна та морська ропа, лугу від переробки калійних солей та бурові води нафтових районів, що містять бром у вигляді бромідіону Вг - . Його виділяють, пропускаючи хлор через попередньо підкислену реакційну суміш (рНЗ,5), а потім відганяють з розчину водяною парою або повітрям. Температура в реакційному просторі (115) °С. Після цього бром відокремлюють від води та очищають від домішки хлору дистиляцією.

За кордоном бром отримують з морської води, яку підкислюють сірчаною кислотою та обробляють хлором з подальшим виділенням брому з реакційної суміші.

Атомні властивості. Атомний номер 35, атомна маса 79904 а. е. м„ атомний обсяг 19,6Ы0~ 6 м 3 /моль, атомний радіус (ко-валептій) 0,119 нм, іонні радіуси Вг - 0,196 нм, Вг 5 + 0,047 нм, Вг 7 + 0,039 нм. Конфігурація зовнішніх електронних оболонок 4 s 2 4 р 5 .

Значення потенціалів іонізації/(еВ): 11,84; 21,6; 35,9. Спорідненість до електрона Вг->-Вг-3,56 еВ. Електронегативність 2,9. Молекула брому складається з двох атомів Вг₂, зв'язок між якими ковалеїтна іє-полярна; дисоціація на атоми стає помітною при температурі близько 1073 К; дисоціація спостерігається і за дії світла.Кристалічні грати ромбічні з періодами решітки (нм): а = 0,449; Й = 0, б68; з = 0,874; координаційне число одно 1.

Природний бром і двох стабільних ізотопів 79 Вг (50,56 %) і 81 Вг (49,44 %). Штучним шляхом отримано низку радіоактивних ізотопів; найцікавішим є 80 Вг, з прикладу якого І. Ст. Курчатов відкрив явище ізомерії атомних ядер.

Електрохімічний еквівалент брому (одновалентного) дорівнює 0,82815 мг/Кл.

Хімічна активність дуже висока: займає проміжне положення між хлором та йодом, але розташований ближче до хлору. Сильний окислювач у сполуках виявляє ступінь окислення -1, +1, +3, +5, +7. Безпосередньо з'єднується з багатьма металами та неметалами, заміщує водень у вуглеводнях, приєднується до ненасичених сполук.

З киснем безпосередньо не з'єднується навіть за високих температур, оксиди утворюються непрямим шляхом. Відомі оксиди брому: ВгЮ, Вг0₂, ВгОз, Вг₃0₃. Усі оксиди брому ендотермічні, при нагріванні, котрий іноді мимоволі розкладаються, у випадках із вибухом.

Відомі кисневі кислоти брому н їх солі: НВгО - бромно-ватиста кислота та її солі гіпоброміти; НВг0₃-бромновата кислота та її солі бромати; НВг0₄- Бромна кислота та її солі пербромати.

З кисневих сполук брому найбільш стійкі солі кисневих кислот, найменше – оксиди та кислоти.

При нагріванні бром з'єднується з воднем, утворюючи безбарвний газ із різким запахом, добре розчинний у воді-бромводень НВг. Бромводень легко окислюється, сильний відновник. Водний розчин його – бромводнева кислота.

З металами бром утворює солі бромоводневої кислоти – броміди.Такі метали як А1, К, Sb енергійно реагують із сухим бромом; Fe, Zn, Bi, Na - з вологим; з Pb та Ag реакція йде дуже повільно; Та, Pb, Ag, Pt - стійкі до дії брому навіть за підвищення тем.

ієратури та у присутності вологи. Більшість бромідів добре розчиняються у воді. Важко розчиняється бромід срібла AgBr.

З'єднання брому з азотом одержують непрямим шляхом. Дія надлишку аміаку на бром можна отримати речовину червоного кольору складу NBr ₃ -6 NH ₃ , що розкладається із вибухом при -70 °С. Відомий бромазид BrN ₃ - Червона рідина з температурою плавлення -45 °С.

Взаємодія брому із сіркою супроводжується сильним розігрівом, іноді навіть з'являється полум'я. Утворюється бромиста сірка 5гВг₂- Гранатово-червона масляниста рідина, що легко розкладається водою. Відомий також бромистий тіопіл SOBr ₂ -масляниста рідина з неприємним запахом, що повільно розкладається при звичайних умовах иа S ₂ Br ₂ та S .

З вуглецем бром безпосередньо не з'єднується, з'єднання підлоги, чают непрямим шляхом; відомі: СВг₄ і С₈Вм.

Бром безпосередньо з'єднується із фосфором. Реакція протікає енергійно; фосфор спалахує в бромі і згоряє, утворюючи безбарвну рідину, що розкладається водою - бромід фосфору (111) РВг₃. При дії надлишку брому на РВг₃ утворюється бромід фосфору (V) РВг₅.

Відомо кілька нестійких хімічно активних сполук брому з галогенами, що утворюються при безпосередньому поєднанні елементів. Найбільш важливими є.

BrF₃ - Трифтористий бром - світло-жовта рідина, з температу. рій плавлення 8,8 ° С, температурою кипіння 127 ° С;

BrF₅ - п'ятифтористий бром - безбарвна рідина, з температурою плавлення 62,7 ° С, температурою кипіння 40,5 ° С, що взаємодіє з водою з вибухом; BrCl - хлорид брому; IBr - бромід йоду та ін. міжгалоїдні сполуки.

Бром розчинний у спирті, ефірі, бензолі, хлороформі, сірковуглецю, чотирихлористому вуглеці, чотирихлористому титані. Взаємодія органічних речовин з бромом супроводжується сильним розігрівом, а окремих випадках самозайманням. При розчиненні у воді бром частково взаємодіє з нею, утворюючи бромистоводневу кислоту НВг та нестійку бромновату кислоту НВгО. Розчинність брому у воді 35 г/л при 20 "С, нижче 6 ° С з водного розчину брому осаджуються кристалогідрати Вг₂-8Н₂0. Розчинність води у бромі становить близько 0,05 %. Насичений водний розчин брому має жовто-буре забарвлення і називається бромною водою. При стоянні на світлі з бромної води виділяється кисень, а при нагріванні — бром. Бром - сильний окислювач: він окислює сульфіти і тіосульфати у водних розчинах до сульфатів, нітрити до нітратів, аміак до вільного азоту. Бром витісняє йод з його сполук, але сам витісняється зі своїх сполук хлором та фтором. Вільний бром виділяється з водних розчинів хромідів також під дією сильних окислювачів (К2СГ2О7, КМп0₄ та ін) у кислому середовищі. При розчиненні брому в лугах на холоді утворюється бромід і гноброміг, а при підвищенні температури (близько 100 ° С) - бромід і бромат.

Бром - вихідний продукт для отримання ряду бромідів і органічних похідних (бромистого етилу, диброметана та ін), які служать антидетонаторами.

Броміди Na, К, NH]j~ та деякі броморганічні сполуки

(бромурал, ксероформ та ін.) Застосовуються в медицині; Бромид срібла AgBr використовують для виробництва фотоматеріалів. Інші сполуки брому застосовують для отримання барвників, інсектицидів, у фото- та

кінопромисловості, як присадка до моторного палива. Зокрема, фторид брому ( III ) BrF ₃ застосовують для фторування неорганічних сполук.