Brom jest ważnym pierwiastkiem i bierze udział w wielu syntezach. W niektórych krajach sprzedaż bromu jest kontrolowana, a jego zakup jest problematyczny i ryzykowny. W tym artykule przyjrzymy się możliwościom uzyskania bromu pierwiastkowego z jego związków.
BROM (Bromum, Br) - pierwiastek z grupy 17 (VIIa) układu okresowego, liczba atomowa 35, względna masa atomowa 79,904. Naturalny brom składa się z dwóch stabilnych izotopów: 79Br (50,69 at.%) i 81Br (49,31 at.%), łącznie znanych jest 28 izotopów o liczbach masowych od 67 do 94. W związkach chemicznych brom wykazuje stopnie utlenienia od -1 do +7, w przyrodzie występuje tylko na stopniu utlenienia -1.
Brom jest jedyną niemetalową cieczą w temperaturze pokojowej. Pierwiastkowy brom jest ciężką czerwonawo-brązową śmierdzącą cieczą (gęstość w 20°C - 3,1 g/cm3, temperatura wrzenia +59,82°C), opary bromu mają żółto-brązowy kolor. W temperaturze -7,25°C brom krzepnie, zamieniając się w czerwono-brązowe igiełkowate kryształy o słabym metalicznym połysku, które mają wygląd krystalicznego jodu.
Brom jest dobrze rozpuszczalny w alkoholu, eterze, węglowodorach, chloroformie i innych rozpuszczalnikach organicznych. Brom jest znacznie słabiej rozpuszczalny w wodzie (3,5% przy 20°С). Brom jest nieco lepiej rozpuszczalny w kwasie solnym i bromowodorowym, w roztworach KBr.
Wodny roztwór bromu ma żółty kolor i jest nazywany "wodą bromową". Woda bromowa ma dość silne właściwości utleniające. Co ciekawe, nasycony wodny roztwór bromu nie krzepnie nawet w temperaturze minus 20 °C.
W stanie stałym, ciekłym i gazowym brom występuje w postaci dwuatomowych cząsteczek Br2, zauważalna dysocjacja na atomy rozpoczyna się dopiero w temperaturze 800 °C, dysocjacja zachodzi pod wpływem światła. Pierwiastkowy brom jest silnym utleniaczem, reaguje bezpośrednio z prawie wszystkimi niemetalami (z wyjątkiem gazów obojętnych, tlenu, azotu i węgla) i wieloma metalami, reakcjom tym często towarzyszy zapalenie (np. z fosforem, antymonem, cyną).
Wszystkie przemysłowe metody otrzymywania bromu z roztworów soli opierają się na jego wypieraniu przez chlor z bromków:
W laboratorium brom można otrzymać poprzez oddziaływanie bromków z odpowiednim utleniaczem w środowisku kwaśnym. Najbardziej dostępnymi związkami bromu są bromki potasu i sodu. Nadtlenek wodoru, nadmanganian potasu, bromian, dwuchromian potasu, dwutlenek manganu, podchloryn, chlor i inne substancje mogą być stosowane jako utleniacze.
Rozpuszczamy 66 g bromku potasu w 300 ml wody i dodajemy 18 ml stężonego kwasu siarkowego. Następnie stopniowo, małymi porcjami dodajemy 17,5 g bromianu potasu. Roztwór zmienia kolor na żółty, a następnie czerwony. Po 10 minutach w roztworze pojawiają się zawieszone krople bromu i opadają na dno. Pod koniec reakcji warstwę bromu można oddzielić pipetą. Wydajność wynosi około 16 ml.
Oczywistą wadą powyższej metody jest użycie bromianu potasu, który nie należy do łatwo dostępnych substancji.
Poniżej przedstawiono inną metodę produkcji bromu, maksymalnie uproszczoną.
25 g bromku sodu NaBr (około 12 ml objętościowo) wlano do 45 ml 80% kwasu siarkowego (bromek nie został rozpuszczony). Ciecz zmieniła kolor na biały.
(Pierwotnie zamierzaliśmy dodać stężony kwas siarkowy do 40-45% roztworu bromku sodu, ale postanowiliśmy maksymalnie uprościć procedurę).
Następnie dodano 15 ml perhydrolu (<30% H2O2). Mieszaninę delikatnie mieszano. Po wyraźnym podgrzaniu mieszanie zatrzymano, aby zapobiec wrzeniu bromu; mieszaninę schłodzono, opuszczając ją do zimnej wody. Brom gromadził się na dnie, a kryształy soli unosiły się nad nim. Gdy cała sól się rozpuściła, mieszaninę pozostawiono na kolejne 5 minut. Następnie mieszaninę można było schłodzić do temperatury 0-5°C, aby zmniejszyć rozpuszczalność bromu w wodzie.
Otrzymano 6 ml bromu (około 18 g, wydajność około 90%).
Brom można oddzielić w rozdzielaczu lub za pomocą pipety. Powstałą substancję można dodatkowo osuszyć stężonym kwasem siarkowym i poddać destylacji.
Do reakcji wystarczy szklany słoik, wygodnie jest przymocować do niego plastikową folię gumką i po zrobieniu otworu wlać perhydrol i mieszać przez niego patyczkiem.
Nawet zalanie wodą bromową czasami powoduje powstanie żrącej brązowej chmury. Staraj się wlewać bezpośrednio pod warstwę wody.
Brom jest prawie nierozpuszczalny w wodzie i jest już dość suchy natychmiast po otrzymaniu.
_____________________________
Uwagi:
Różne źródła podają nieco inne wartości stałych fizykochemicznych bromu, co najwyraźniej wynika z różnej czystości substancji.
Stosowanie chloru i jego związków jest niepożądane, ponieważ chlor zanieczyszcza produkt.
Można użyć elektrolitu akumulatorowego, odparowanego do białej pary.
Jeśli wymagany jest dokładnie suchy brom (w syntezach, w których woda jest całkowicie niedopuszczalna), brom jest suszony przez przemywanie stężonym kwasem siarkowym.
Pozostałości bromu z wody można ekstrahować odpowiednim (niereaktywnym z bromem i niemieszającym się z wodą) rozpuszczalnikiem organicznym.
Wodne ścieki zawierające rozpuszczony brom można zneutralizować roztworem tiosiarczanu sodu lub siarczynu sodu.
Brom powinien być przechowywany w szczelnie zamkniętych fiolkach lub kolbach, w przeciwnym razie mogą wystąpić problemy z oparami bromu. Zdecydowanie odradza się przechowywanie bromu w domu.
BROM (Bromum, Br) - pierwiastek z grupy 17 (VIIa) układu okresowego, liczba atomowa 35, względna masa atomowa 79,904. Naturalny brom składa się z dwóch stabilnych izotopów: 79Br (50,69 at.%) i 81Br (49,31 at.%), łącznie znanych jest 28 izotopów o liczbach masowych od 67 do 94. W związkach chemicznych brom wykazuje stopnie utlenienia od -1 do +7, w przyrodzie występuje tylko na stopniu utlenienia -1.
Brom jest jedyną niemetalową cieczą w temperaturze pokojowej. Pierwiastkowy brom jest ciężką czerwonawo-brązową śmierdzącą cieczą (gęstość w 20°C - 3,1 g/cm3, temperatura wrzenia +59,82°C), opary bromu mają żółto-brązowy kolor. W temperaturze -7,25°C brom krzepnie, zamieniając się w czerwono-brązowe igiełkowate kryształy o słabym metalicznym połysku, które mają wygląd krystalicznego jodu.
Brom jest dobrze rozpuszczalny w alkoholu, eterze, węglowodorach, chloroformie i innych rozpuszczalnikach organicznych. Brom jest znacznie słabiej rozpuszczalny w wodzie (3,5% przy 20°С). Brom jest nieco lepiej rozpuszczalny w kwasie solnym i bromowodorowym, w roztworach KBr.
Wodny roztwór bromu ma żółty kolor i jest nazywany "wodą bromową". Woda bromowa ma dość silne właściwości utleniające. Co ciekawe, nasycony wodny roztwór bromu nie krzepnie nawet w temperaturze minus 20 °C.
W stanie stałym, ciekłym i gazowym brom występuje w postaci dwuatomowych cząsteczek Br2, zauważalna dysocjacja na atomy rozpoczyna się dopiero w temperaturze 800 °C, dysocjacja zachodzi pod wpływem światła. Pierwiastkowy brom jest silnym utleniaczem, reaguje bezpośrednio z prawie wszystkimi niemetalami (z wyjątkiem gazów obojętnych, tlenu, azotu i węgla) i wieloma metalami, reakcjom tym często towarzyszy zapalenie (np. z fosforem, antymonem, cyną).
Wszystkie przemysłowe metody otrzymywania bromu z roztworów soli opierają się na jego wypieraniu przez chlor z bromków:
MgBr2 + Cl2 = MgCl2 + Br2.
W laboratorium brom można otrzymać poprzez oddziaływanie bromków z odpowiednim utleniaczem w środowisku kwaśnym. Najbardziej dostępnymi związkami bromu są bromki potasu i sodu. Nadtlenek wodoru, nadmanganian potasu, bromian, dwuchromian potasu, dwutlenek manganu, podchloryn, chlor i inne substancje mogą być stosowane jako utleniacze.
MnO2 + 2H2SO4 + 2NaBr = Br2 + MnSO4 + Na2SO4
Aby wyekstrahować brom z powstałej mieszaniny bromku sodu i bromianu sodu, zakwasza się ją kwasem siarkowym:5NaBr + NaBrO3 + 3H2SO4 = 3Na2SO4 + 3Br2 + 3H2O
Rozpuszczamy 66 g bromku potasu w 300 ml wody i dodajemy 18 ml stężonego kwasu siarkowego. Następnie stopniowo, małymi porcjami dodajemy 17,5 g bromianu potasu. Roztwór zmienia kolor na żółty, a następnie czerwony. Po 10 minutach w roztworze pojawiają się zawieszone krople bromu i opadają na dno. Pod koniec reakcji warstwę bromu można oddzielić pipetą. Wydajność wynosi około 16 ml.
KBrO3 + 5KBr + 3H2SO4 = 3Br2 + 3H2O + 3K2SO4
Oczywistą wadą powyższej metody jest użycie bromianu potasu, który nie należy do łatwo dostępnych substancji.
Poniżej przedstawiono inną metodę produkcji bromu, maksymalnie uproszczoną.
25 g bromku sodu NaBr (około 12 ml objętościowo) wlano do 45 ml 80% kwasu siarkowego (bromek nie został rozpuszczony). Ciecz zmieniła kolor na biały.
(Pierwotnie zamierzaliśmy dodać stężony kwas siarkowy do 40-45% roztworu bromku sodu, ale postanowiliśmy maksymalnie uprościć procedurę).
Następnie dodano 15 ml perhydrolu (<30% H2O2). Mieszaninę delikatnie mieszano. Po wyraźnym podgrzaniu mieszanie zatrzymano, aby zapobiec wrzeniu bromu; mieszaninę schłodzono, opuszczając ją do zimnej wody. Brom gromadził się na dnie, a kryształy soli unosiły się nad nim. Gdy cała sól się rozpuściła, mieszaninę pozostawiono na kolejne 5 minut. Następnie mieszaninę można było schłodzić do temperatury 0-5°C, aby zmniejszyć rozpuszczalność bromu w wodzie.
Otrzymano 6 ml bromu (około 18 g, wydajność około 90%).
2NaBr + H2SO4 + H2O2 → Br2 + Na2SO4 + 2H2O
Brom można oddzielić w rozdzielaczu lub za pomocą pipety. Powstałą substancję można dodatkowo osuszyć stężonym kwasem siarkowym i poddać destylacji.
Do reakcji wystarczy szklany słoik, wygodnie jest przymocować do niego plastikową folię gumką i po zrobieniu otworu wlać perhydrol i mieszać przez niego patyczkiem.
Nawet zalanie wodą bromową czasami powoduje powstanie żrącej brązowej chmury. Staraj się wlewać bezpośrednio pod warstwę wody.
Brom jest prawie nierozpuszczalny w wodzie i jest już dość suchy natychmiast po otrzymaniu.
Uwagi:
Różne źródła podają nieco inne wartości stałych fizykochemicznych bromu, co najwyraźniej wynika z różnej czystości substancji.
Stosowanie chloru i jego związków jest niepożądane, ponieważ chlor zanieczyszcza produkt.
Można użyć elektrolitu akumulatorowego, odparowanego do białej pary.
Jeśli wymagany jest dokładnie suchy brom (w syntezach, w których woda jest całkowicie niedopuszczalna), brom jest suszony przez przemywanie stężonym kwasem siarkowym.
Pozostałości bromu z wody można ekstrahować odpowiednim (niereaktywnym z bromem i niemieszającym się z wodą) rozpuszczalnikiem organicznym.
Wodne ścieki zawierające rozpuszczony brom można zneutralizować roztworem tiosiarczanu sodu lub siarczynu sodu.
Środki ostrożności
Opary bromu mają ostry zapach, są trujące i silnie drażnią drogi oddechowe. Kontakt skóry z bromem powoduje owrzodzenia. Z bromem należy obchodzić się w przeciągu, używając okularów i rękawic ochronnych.Brom powinien być przechowywany w szczelnie zamkniętych fiolkach lub kolbach, w przeciwnym razie mogą wystąpić problemy z oparami bromu. Zdecydowanie odradza się przechowywanie bromu w domu.
Attachments
Last edited by a moderator: