Бром и его соединения

Общая характеристика брома

Бром (Br) — химический элемент VII группы периодической системы, галоген. Обладает атомным номером 35 и атомной массой 79,904. Находится в жидком состоянии при комнатной температуре, имеет красно-коричневый цвет и резкий запах. Бром легко испаряется, образуя пары, обладающие токсичными и раздражающими свойствами.

По химическим свойствам бром является окислителем, менее активным чем хлор, но более активным чем иод. Он вступает в реакции как с металлами, так и с неметаллами, образуя широкий спектр соединений различной степени окисления (обычно −1, но в соединениях с кислородом и других галогенов может проявлять положительные значения).

Физические свойства

  • Состояние: жидкость при 20 °C, превращается в тёмно-красную кристаллическую субстанцию при замерзании.
  • Плотность: 3,12 г/см³.
  • Температура плавления: −7,2 °C; температура кипения: 58,8 °C.
  • Растворимость: хорошо растворим в органических растворителях (например, в бензоле), слабо растворим в воде.

Химические свойства

Бром характеризуется способностью к окислению, проявляя химическую активность в реакциях с металлами, неметаллами и соединениями других галогенов.

  1. Взаимодействие с металлами: Металлы взаимодействуют с бромом с образованием бромидов. Реакции протекают с выделением тепла, нередко с возгоранием активных металлов:

    2Na + Br2 → 2NaBr

    $$ \text{Fe} + \frac{3}{2}\text{Br}_2 \rightarrow \text{FeBr}_3 $$

  2. Реакции с неметаллами: Бром способен реагировать с водородом, образуя бромоводород:

    $$ H_2 + Br_2 \xrightarrow{t} 2 HBr $$

    С кислородом и другими галогенами формирует оксогалогениды и межгалогенные соединения.

  3. Реакции замещения: В органической химии бром активно участвует в реакциях электрофильного замещения, присоединения к двойным связям и радикального замещения в углеводородах:

    $$ CH_4 + Br_2 \xrightarrow{hv} CH_3Br + HBr $$

    C2H4 + Br2 → C2H4Br2

Соединения брома

  1. Бромиды (Br⁻): Ионные соединения с металлами, устойчивые, хорошо растворимы в воде. Примеры: NaBr, KBr, CaBr₂. Многие бромиды применяются в медицине и химической промышленности.

  2. Оксиды и кислоты брома:

    • Br₂O, BrO₂, BrO₃, BrO₄.
    • Кислоты: HBrO, HBrO₂, HBrO₃, HBrO₄. Наиболее устойчивой является бромновая кислота HBrO₃. Оксиды проявляют различные степени окисления (+1, +3, +5, +7), используются как окислители.

  3. Галогенсодержащие соединения: Бром образует межгалогенные соединения, например, BrCl, BrF₃. Эти соединения часто используются в органическом синтезе и как реагенты в аналитической химии.

Получение брома

  • Из морской воды и рассолов: процесс включает окисление бромид-ионов хлором с последующей дистилляцией:

2Br− + Cl2 → Br2 + 2Cl−

  • Из бромидных руд: обработка с серной кислотой и окислителями с последующей конденсацией паров брома.

Применение брома и его соединений

  • Производство органических бромсодержащих соединений (растворители, пестициды, лекарственные препараты).
  • Применение в фотоплёнках и фотохимии (AgBr).
  • Использование брома в огнетушителях, как ингибитора горения.
  • В медицине бромиды активно использовались как седативные средства (ранее NaBr, KBr).

Безопасность и токсичность

Бром и его пары крайне токсичны. Контакт вызывает раздражение кожи, слизистых оболочек, дыхательных путей. Необходимо использование средств индивидуальной защиты при работе с элементом и его активными соединениями.

Особенности химической активности

Бром занимает промежуточное положение между хлором и иодом: он менее реакционноспособен чем хлор, но более активен чем иод. Его способность к окислению зависит от среды и присутствующих реагентов. В органических реакциях бром часто служит источником радикалов или электрофилов, а в неорганических — эффективным окислителем.

Кристаллическая структура и электрохимические свойства

В жидком состоянии бром состоит из молекул Br₂, в твердом — формирует молекулярную кристаллическую решётку с элементами ван-дер-ваальсового взаимодействия. Электронная конфигурация атома Br: [Ar]3d¹⁰4s²4p⁵, что объясняет его способность образовывать галогенид-ионы и проявлять степени окисления от −1 до +7 в различных соединениях.

Реакции диспропорционирования

В щелочной среде бром способен к диспропорционированию:

3Br2 + 6OH− → 5Br− + BrO3− + 3H2O

Этот процесс используется в аналитической химии для выделения различных форм брома и как метод промышленного получения бромата.

Комплексные соединения

Бромид-ионы образуют комплексные соединения с переходными металлами, проявляя лигандные свойства. Примеры: [CoBr₄]²⁻, [CuBr₄]²⁻. Эти комплексы имеют различную окраску, используются в исследовательских целях и в химическом синтезе.

Вывод о химической роли брома

Бром представляет собой универсальный элемент с широкой химической активностью: участвует в неорганических реакциях как окислитель и восстановитель, в органических процессах — как электрофильный и радикальный реагент. Его соединения находят применение в промышленности, медицине, аналитической и органической химии, а также в технологии фото- и огнетушительных материалов.

Оглавление