Το βρώμιο είναι ένα σημαντικό στοιχείο και συμμετέχει σε πολλές συνθέσεις. Σε ορισμένες χώρες, η πώληση βρωμίου ελέγχεται και η αγορά του είναι προβληματική και επικίνδυνη. Σε αυτό το άρθρο, θα εξετάσουμε τις επιλογές για την απόκτηση στοιχειακού βρωμίου από τις ενώσεις του.
ΒΡΩΜΙΟ (Bromum, Br) - στοιχείο της ομάδας 17 (VIIa) του περιοδικού συστήματος, ατομικός αριθμός 35, σχετική ατομική μάζα 79,904. Το φυσικό βρώμιο αποτελείται από δύο σταθερά ισότοπα: 79Br (50,69 at.%) και 81Br (49,31 at.%), συνολικά είναι γνωστά 28 ισότοπα με αριθμούς μάζας από 67 έως 94. Στις χημικές ενώσεις το βρώμιο εμφανίζει οξειδωτικές καταστάσεις από -1 έως +7, ενώ στη φύση απαντάται μόνο στην οξειδωτική κατάσταση -1.
Το βρώμιο είναι το μόνο μη μεταλλικό υγρό σε θερμοκρασία δωματίου. Το στοιχειακό βρώμιο είναι ένα βαρύ κοκκινοκαφέ δύσοσμο υγρό (πυκνότητα στους 20°C - 3,1 g/cm3, σημείο βρασμού +59,82°C), οι ατμοί βρωμίου έχουν κίτρινο-καφέ χρώμα. Σε θερμοκρασία -7,25°C, το βρώμιο στερεοποιείται και μετατρέπεται σε ερυθροκαστανούς κρυστάλλους που μοιάζουν με βελόνες με ασθενή μεταλλική λάμψη, οι οποίοι έχουν την εμφάνιση κρυσταλλικού ιωδίου.
Το βρώμιο είναι καλά διαλυτό σε αλκοόλη, αιθέρα, υδρογονάνθρακες, χλωροφόρμιο και άλλους οργανικούς διαλύτες. Το βρώμιο είναι πολύ λιγότερο διαλυτό στο νερό (3,5% στους 20°С). Το βρώμιο είναι ελαφρώς καλύτερα διαλυτό σε υδροχλωρικό και βρωμιούχο οξύ, σε διαλύματα KBr.
Το υδατικό διάλυμα βρωμίου έχει κίτρινο χρώμα και ονομάζεται "βρωμιούχο νερό". Το βρωμιούχο νερό έχει μάλλον ισχυρές οξειδωτικές ιδιότητες. Είναι ενδιαφέρον ότι το κορεσμένο διάλυμα βρωμίου σε νερό δεν στερεοποιείται ακόμη και στους μείον 20 °C.
Στη στερεά, υγρή και αέρια κατάσταση το βρώμιο υπάρχει με τη μορφή δι-ατομικών μορίων Br2, η αξιοσημείωτη διάσπαση σε άτομα αρχίζει μόνο στους 800 °C, η διάσπαση γίνεται υπό την επίδραση του φωτός. Το στοιχειακό βρώμιο είναι ισχυρό οξειδωτικό μέσο, αντιδρά άμεσα με όλα σχεδόν τα μη μέταλλα (εκτός από τα αδρανή αέρια, το οξυγόνο, το άζωτο και τον άνθρακα) και πολλά μέταλλα, οι αντιδράσεις αυτές συνοδεύονται συχνά από ανάφλεξη (π.χ. με φώσφορο, αντιμόνιο, κασσίτερο).
Όλες οι βιομηχανικές μέθοδοι λήψης βρωμίου από διαλύματα αλάτων βασίζονται στην εκτόπισή του με χλώριο από τα βρωμίδια:
Στο εργαστήριο το βρώμιο μπορεί να ληφθεί με αλληλεπίδραση βρωμιούχων με κατάλληλο οξειδωτικό σε όξινο μέσο. Οι πιο διαθέσιμες ενώσεις βρωμίου είναι τα βρωμιούχα καλίου και νατρίου. Ως οξειδωτικά μπορούν να χρησιμοποιηθούν υπεροξείδιο του υδρογόνου, υπερμαγγανικό κάλιο, βρωμιούχο άλας, διχρωμικό κάλιο, διοξείδιο του μαγγανίου, υποχλωριώδες άλας, χλώριο και άλλες ουσίες.
Διαλύουμε 66 g βρωμιούχου καλίου σε 300 ml νερού και προσθέτουμε 18 ml πυκνού θειικού οξέος. Στη συνέχεια προσθέτουμε σταδιακά 17,5 g βρωμιούχου καλίου σε μικρές δόσεις. Το διάλυμα γίνεται κίτρινο και στη συνέχεια κόκκινο. Μετά από 10 λεπτά, στο διάλυμα εμφανίζονται αιωρούμενες σταγόνες βρωμίου που κατακάθονται στον πυθμένα. Στο τέλος της αντίδρασης, το στρώμα βρωμίου μπορεί να διαχωριστεί με πιπέτα. Η απόδοση είναι περίπου 16 ml.
Ένα προφανές μειονέκτημα της παραπάνω μεθόδου είναι η χρήση βρωμιούχου καλίου, το οποίο δεν ανήκει στις εύκολα διαθέσιμες ουσίες.
Παρακάτω παρουσιάζεται μια άλλη μέθοδος παραγωγής βρωμίου, όσο το δυνατόν απλουστευμένη.
25 g βρωμιούχου νατρίου NaBr (περίπου 12 ml κατ' όγκο) χύνεται σε 45 ml 80% θειικού οξέος (το βρωμιούχο δεν διαλύεται). Το υγρό έγινε λευκό.
(Αρχικά, επρόκειτο να προσθέσουμε πυκνό θειικό οξύ σε διάλυμα βρωμιούχου νατρίου 40-45%, αλλά αποφασίσαμε να απλοποιήσουμε τη διαδικασία όσο το δυνατόν περισσότερο).
Στη συνέχεια προστέθηκαν 15 ml υπερχλωρίνης (<30% H2O2). Το μείγμα αναδεύτηκε απαλά. Όταν θερμάνθηκε ορατά, η ανάδευση διακόπηκε για να αποφευχθεί ο βρασμός του βρωμίου- το μείγμα ψύχθηκε κατεβάζοντάς το σε κρύο νερό. Το βρώμιο συσσωρεύτηκε στον πυθμένα, με κρυστάλλους άλατος να επιπλέουν πάνω του. Όταν διαλύθηκε όλο το αλάτι, το μείγμα αφέθηκε για άλλα 5 λεπτά. Το μείγμα μπορούσε στη συνέχεια να ψυχθεί στους 0-5°C για να μειωθεί η διαλυτότητα του βρωμίου στο νερό.
Ελήφθησαν 6 ml βρωμίου (περίπου 18 g, απόδοση περίπου 90%).
Το βρώμιο μπορεί να διαχωριστεί σε διαχωριστικό χωνί ή με πιπέτα. Η προκύπτουσα ουσία μπορεί επιπλέον να ξηρανθεί με πυκνό θειικό οξύ και να αποσταχθεί.
Ένα γυάλινο βάζο είναι αρκετό για την αντίδραση, είναι βολικό να στερεωθεί ένα πλαστικό φύλλο σε αυτό με ένα λαστιχάκι και, αφού γίνει μια τρύπα, να χυθεί η υπερχλωρίνη και να αναδευτεί με ένα ραβδί μέσα από αυτό.
Ακόμη και η έκχυση πάνω από βρωμιούχο νερό παράγει μερικές φορές ένα καυστικό καφέ σύννεφο. Προσπαθήστε να ρίχνετε ακριβώς κάτω από το στρώμα του νερού.
Το βρώμιο είναι σχεδόν αδιάλυτο στο νερό και είναι ήδη αρκετά στεγνό αμέσως μετά την παραλαβή του.
_____________________________
Σχόλια:
Διαφορετικές πηγές δίνουν ελαφρώς διαφορετικές τιμές για τις φυσικοχημικές σταθερές του βρωμίου, οι οποίες προφανώς οφείλονται στη διαφορετική καθαρότητα της ουσίας.
Η χρήση του χλωρίου και των ενώσεών του είναι ανεπιθύμητη διότι το χλώριο μολύνει το προϊόν.
Μπορεί να χρησιµοποιηθεί ηλεκτρολύτης µπαταρίας, εξατµισµένος σε λευκούς ατµούς.
Εάν απαιτείται ακριβώς ξηρό βρώμιο (σε συνθέσεις όπου το νερό είναι εντελώς απαράδεκτο), το βρώμιο ξηραίνεται με πλύση με πυκνό θειικό οξύ.
Το υπόλοιπο βρώμιο από το νερό μπορεί να εκχυλιστεί με κατάλληλο οργανικό διαλύτη (μη αντιδρώντα με το βρώμιο και μη αναμιγνυόμενο με το νερό).
Οι υδατικές αποχετεύσεις που περιέχουν διαλυμένο βρώμιο μπορούν να εξουδετερωθούν με διάλυμα θειοθειικού νατρίου ή θειώδους νατρίου.
Το βρώμιο πρέπει κατά προτίμηση να αποθηκεύεται σε σφραγισμένα φιαλίδια ή φιάλες, διαφορετικά μπορεί να προκύψουν προβλήματα με τους ατμούς βρωμίου. Η αποθήκευση βρωμίου στο σπίτι αποθαρρύνεται έντονα.
ΒΡΩΜΙΟ (Bromum, Br) - στοιχείο της ομάδας 17 (VIIa) του περιοδικού συστήματος, ατομικός αριθμός 35, σχετική ατομική μάζα 79,904. Το φυσικό βρώμιο αποτελείται από δύο σταθερά ισότοπα: 79Br (50,69 at.%) και 81Br (49,31 at.%), συνολικά είναι γνωστά 28 ισότοπα με αριθμούς μάζας από 67 έως 94. Στις χημικές ενώσεις το βρώμιο εμφανίζει οξειδωτικές καταστάσεις από -1 έως +7, ενώ στη φύση απαντάται μόνο στην οξειδωτική κατάσταση -1.
Το βρώμιο είναι το μόνο μη μεταλλικό υγρό σε θερμοκρασία δωματίου. Το στοιχειακό βρώμιο είναι ένα βαρύ κοκκινοκαφέ δύσοσμο υγρό (πυκνότητα στους 20°C - 3,1 g/cm3, σημείο βρασμού +59,82°C), οι ατμοί βρωμίου έχουν κίτρινο-καφέ χρώμα. Σε θερμοκρασία -7,25°C, το βρώμιο στερεοποιείται και μετατρέπεται σε ερυθροκαστανούς κρυστάλλους που μοιάζουν με βελόνες με ασθενή μεταλλική λάμψη, οι οποίοι έχουν την εμφάνιση κρυσταλλικού ιωδίου.
Το βρώμιο είναι καλά διαλυτό σε αλκοόλη, αιθέρα, υδρογονάνθρακες, χλωροφόρμιο και άλλους οργανικούς διαλύτες. Το βρώμιο είναι πολύ λιγότερο διαλυτό στο νερό (3,5% στους 20°С). Το βρώμιο είναι ελαφρώς καλύτερα διαλυτό σε υδροχλωρικό και βρωμιούχο οξύ, σε διαλύματα KBr.
Το υδατικό διάλυμα βρωμίου έχει κίτρινο χρώμα και ονομάζεται "βρωμιούχο νερό". Το βρωμιούχο νερό έχει μάλλον ισχυρές οξειδωτικές ιδιότητες. Είναι ενδιαφέρον ότι το κορεσμένο διάλυμα βρωμίου σε νερό δεν στερεοποιείται ακόμη και στους μείον 20 °C.
Στη στερεά, υγρή και αέρια κατάσταση το βρώμιο υπάρχει με τη μορφή δι-ατομικών μορίων Br2, η αξιοσημείωτη διάσπαση σε άτομα αρχίζει μόνο στους 800 °C, η διάσπαση γίνεται υπό την επίδραση του φωτός. Το στοιχειακό βρώμιο είναι ισχυρό οξειδωτικό μέσο, αντιδρά άμεσα με όλα σχεδόν τα μη μέταλλα (εκτός από τα αδρανή αέρια, το οξυγόνο, το άζωτο και τον άνθρακα) και πολλά μέταλλα, οι αντιδράσεις αυτές συνοδεύονται συχνά από ανάφλεξη (π.χ. με φώσφορο, αντιμόνιο, κασσίτερο).
Όλες οι βιομηχανικές μέθοδοι λήψης βρωμίου από διαλύματα αλάτων βασίζονται στην εκτόπισή του με χλώριο από τα βρωμίδια:
MgBr2 + Cl2 = MgCl2 + Br2.
Στο εργαστήριο το βρώμιο μπορεί να ληφθεί με αλληλεπίδραση βρωμιούχων με κατάλληλο οξειδωτικό σε όξινο μέσο. Οι πιο διαθέσιμες ενώσεις βρωμίου είναι τα βρωμιούχα καλίου και νατρίου. Ως οξειδωτικά μπορούν να χρησιμοποιηθούν υπεροξείδιο του υδρογόνου, υπερμαγγανικό κάλιο, βρωμιούχο άλας, διχρωμικό κάλιο, διοξείδιο του μαγγανίου, υποχλωριώδες άλας, χλώριο και άλλες ουσίες.
MnO2 + 2H2SO4 + 2NaBr = Br2 + MnSO4 + Na2SO4
Για να εξαχθεί βρώμιο από το προκύπτον μίγμα βρωμιούχου νατρίου και βρωμιούχου νατρίου, αυτό οξινίζεται με θειικό οξύ:5NaBr + NaBrO3 + 3H2SO4 = 3Na2SO4 + 3Br2 + 3H2O
Διαλύουμε 66 g βρωμιούχου καλίου σε 300 ml νερού και προσθέτουμε 18 ml πυκνού θειικού οξέος. Στη συνέχεια προσθέτουμε σταδιακά 17,5 g βρωμιούχου καλίου σε μικρές δόσεις. Το διάλυμα γίνεται κίτρινο και στη συνέχεια κόκκινο. Μετά από 10 λεπτά, στο διάλυμα εμφανίζονται αιωρούμενες σταγόνες βρωμίου που κατακάθονται στον πυθμένα. Στο τέλος της αντίδρασης, το στρώμα βρωμίου μπορεί να διαχωριστεί με πιπέτα. Η απόδοση είναι περίπου 16 ml.
KBrO3 + 5KBr + 3H2SO4 = 3Br2 + 3H2O + 3K2SO4
Ένα προφανές μειονέκτημα της παραπάνω μεθόδου είναι η χρήση βρωμιούχου καλίου, το οποίο δεν ανήκει στις εύκολα διαθέσιμες ουσίες.
Παρακάτω παρουσιάζεται μια άλλη μέθοδος παραγωγής βρωμίου, όσο το δυνατόν απλουστευμένη.
25 g βρωμιούχου νατρίου NaBr (περίπου 12 ml κατ' όγκο) χύνεται σε 45 ml 80% θειικού οξέος (το βρωμιούχο δεν διαλύεται). Το υγρό έγινε λευκό.
(Αρχικά, επρόκειτο να προσθέσουμε πυκνό θειικό οξύ σε διάλυμα βρωμιούχου νατρίου 40-45%, αλλά αποφασίσαμε να απλοποιήσουμε τη διαδικασία όσο το δυνατόν περισσότερο).
Στη συνέχεια προστέθηκαν 15 ml υπερχλωρίνης (<30% H2O2). Το μείγμα αναδεύτηκε απαλά. Όταν θερμάνθηκε ορατά, η ανάδευση διακόπηκε για να αποφευχθεί ο βρασμός του βρωμίου- το μείγμα ψύχθηκε κατεβάζοντάς το σε κρύο νερό. Το βρώμιο συσσωρεύτηκε στον πυθμένα, με κρυστάλλους άλατος να επιπλέουν πάνω του. Όταν διαλύθηκε όλο το αλάτι, το μείγμα αφέθηκε για άλλα 5 λεπτά. Το μείγμα μπορούσε στη συνέχεια να ψυχθεί στους 0-5°C για να μειωθεί η διαλυτότητα του βρωμίου στο νερό.
Ελήφθησαν 6 ml βρωμίου (περίπου 18 g, απόδοση περίπου 90%).
2NaBr + H2SO4 + H2O2 → Br2 + Na2SO4 + 2H2O
Το βρώμιο μπορεί να διαχωριστεί σε διαχωριστικό χωνί ή με πιπέτα. Η προκύπτουσα ουσία μπορεί επιπλέον να ξηρανθεί με πυκνό θειικό οξύ και να αποσταχθεί.
Ένα γυάλινο βάζο είναι αρκετό για την αντίδραση, είναι βολικό να στερεωθεί ένα πλαστικό φύλλο σε αυτό με ένα λαστιχάκι και, αφού γίνει μια τρύπα, να χυθεί η υπερχλωρίνη και να αναδευτεί με ένα ραβδί μέσα από αυτό.
Ακόμη και η έκχυση πάνω από βρωμιούχο νερό παράγει μερικές φορές ένα καυστικό καφέ σύννεφο. Προσπαθήστε να ρίχνετε ακριβώς κάτω από το στρώμα του νερού.
Το βρώμιο είναι σχεδόν αδιάλυτο στο νερό και είναι ήδη αρκετά στεγνό αμέσως μετά την παραλαβή του.
Σχόλια:
Διαφορετικές πηγές δίνουν ελαφρώς διαφορετικές τιμές για τις φυσικοχημικές σταθερές του βρωμίου, οι οποίες προφανώς οφείλονται στη διαφορετική καθαρότητα της ουσίας.
Η χρήση του χλωρίου και των ενώσεών του είναι ανεπιθύμητη διότι το χλώριο μολύνει το προϊόν.
Μπορεί να χρησιµοποιηθεί ηλεκτρολύτης µπαταρίας, εξατµισµένος σε λευκούς ατµούς.
Εάν απαιτείται ακριβώς ξηρό βρώμιο (σε συνθέσεις όπου το νερό είναι εντελώς απαράδεκτο), το βρώμιο ξηραίνεται με πλύση με πυκνό θειικό οξύ.
Το υπόλοιπο βρώμιο από το νερό μπορεί να εκχυλιστεί με κατάλληλο οργανικό διαλύτη (μη αντιδρώντα με το βρώμιο και μη αναμιγνυόμενο με το νερό).
Οι υδατικές αποχετεύσεις που περιέχουν διαλυμένο βρώμιο μπορούν να εξουδετερωθούν με διάλυμα θειοθειικού νατρίου ή θειώδους νατρίου.
Προφυλάξεις ασφαλείας
Οι ατμοί βρωμίου έχουν έντονη οσμή, είναι δηλητηριώδεις και ιδιαίτερα ερεθιστικοί για την αναπνευστική οδό. Η επαφή του δέρματος με το βρώμιο προκαλεί πληγές. Ο χειρισμός του βρωμίου πρέπει να γίνεται κάτω από ρεύμα, χρησιμοποιώντας προστατευτικά γυαλιά και γάντια.Το βρώμιο πρέπει κατά προτίμηση να αποθηκεύεται σε σφραγισμένα φιαλίδια ή φιάλες, διαφορετικά μπορεί να προκύψουν προβλήματα με τους ατμούς βρωμίου. Η αποθήκευση βρωμίου στο σπίτι αποθαρρύνεται έντονα.
Attachments
Last edited by a moderator: