Расскажи друзьям!

Исследование брома, как важнейшего химического элемента в природе

План.

  1. Краткая характеристика брома.
  2. Нахождение в природе.
  3. Свойства брома.
  4. Способы получения.
  5. Опасность отравления.
  6. Область применения.
  7. Присутствие брома в организме.

1. Краткая характеристика брома

Бром (лат. Bromum, анг. Bromine, франц. Brome, нем. Brom) – один из важнейших химических элементов периодической системы Менделеева. Он является галогеном и относится к VII группе таблицы.

Атомный номер 35, атомная масса 79,904. Представляет собой красно-бурую жидкость с сильным мелкодисперсным неприятным запахом. Был открыт при изучении рассолов средиземноморских соляных промыслов в 1826 году французским химиком А. Ж. Баларом, а назван от греческого bromos, что в переводе означает - зловоние.

2. Нахождение в природе

По большей части бром во всей своей массе находится в рассеянном состоянии в магматических породах и галогенидах. В земной коре содержание брома около 1015-1026 т., что составляет 1,6*l0-4% по массе. Так же встречается в отложениях хлористых солей – в поваренной соли до 0,03% Br, в калийных солях - сильвине и карналлите - до 0,3% Вr; входит в состав бромистых солей - KBr, MgBr2, NaBr; содержится в морской воде - 0,065% Br; в рапе соляных озёр - до 0,2% Br и подземных рассолах. Как видно, бром – неизменный спутник хлора и часто связан с соляными и нефтяными месторождениями (до 0,1% Br).

Бром прекрасно растворяется в воде, это обуславливает накопление бромистых солей в остаточных рассолах морских и озерных водоемах.

Бром редко образует твердые минеральные формы, такие как бромирит AgBr, эмболит Ag (Сl, Br) и иодэмболит Ag (Сl, Вr, I), преимущественно мигрируя в виде легко растворимых соединений.

Образование минералов происходит в зонах окисления сульфидных серебро-содержащих месторождений, которые формируются в пустынных засушливых областях.

Различают природный бром, он состоит из 2 стабильных изотопов 79Br (50,34%) и 81Br (49,46%), и бром, полученный искусственным путем.

Очень интересен для науки, из искусственно полученных радиоактивных изотопов брома - 80Вr. На его примере И.В. Курчатов смог открыть явление изомерии атомных ядер.

3.Свойства брома

Физические свойства

Жидкий бром застывает - при температуре -7,2°С.

В замерзшем состоянии бром превращается в красно-коричневые игольчатые кристаллы со слабым металлическим блеском.

Закипает бром при температуре tкип = 58,78°С. При этом образуются пары брома жёлто-бурого цвета.

Плотность жидкого брома (при 20°С)- 3,1 г/см3. В воде бром растворим лучше других галогенов (3,58 г брома в 100 г Н2О при 20°С).

При температуре t< 5,84°С из воды осаждаются гранатово-красные кристаллы Br2*8H2O.

Химические свойства

Бром хорошо растворяется во многих органических растворителях. Это свойство может быть полезным при извлечении его из водных растворов.

Молекула брома состоит из 2х атомов. При температуре около 800°С диссоциация на атомы становится видимой. Также может наблюдаться диссоциация на атомы под действием света.

Внешние электроны атома брома имеют конфигурацию 4s2 4p5.

Валентность брома в соединениях переменна, степень окисления равна -1 (в бромидах, напр. КВr), +1 (в гипобромитах, NaBrO), +3 (в бромитах, NaBrO2), +5 (в броматах, КВrО3) и + 7 (в пербромагах, NaBrO4).

Бром проявляет достаточно высокую химическую, занимая по реакционной способности место между хлором и йодом.

Взаимодействие брома с серой, селеном, теллуром, фосфором, мышьяком и сурьмой сопровождается сильным разогреванием, реже появлением пламени.

Не менее активны реакции брома с некоторыми металлами, например, калием и алюминием.

В реакции с безводным бромом многие металлы вступают с трудом. Это обусловлено образованием на их поверхности защитной плёнки бромида, нерастворимого в броме.

Наиболее устойчивы к действию брома, даже при повышенных температурах и в присутствии влаги, серебро, свинец, платина и тантал (золото, в отличие от платины, энергично реагирует с бромом).

Бром не соединятся непосредственно даже при повышенных температурах с кислородом, азотом и углеродом. Соединения брома с этими элементами получают косвенным путём. Полученные окислы Br2O,BrO2 и Вr3О8 крайне не прочны.

Бром является сильным окислителем. Он окисляет сульфиты и тиосульфаты в водных растворах до сульфатов, аммиак до свободного азота, нитриты до нитратов. Бром вытесняется из соединений хлором и фтором, сам вытесняет из соединений йод.

Под действием сильных окислителей в кислой среде, свободный бром выделяется из водных растворов бромидов.

Бром частично реагирует с водой, при растворении с образованием бромистоводо-родной кислоты НВr и неустойчивой бромноватистой кислоты НВrО.

Такой раствор брома в воде называют бромной водой.

Наиболее характерные для брома реакции с органическими соединениями:

- присоединение по двойной связи С=С;

- замещение водорода (под действием катализаторов или света).

4. Способы получения

Для получения брома исходным сырьем служат морская вода, озёрные и подземные

рассолы и щелока калийного происхождения, содержащие бром в виде бромид-иона. При помощи хлора бром выделяют и отгоняют из раствора водяным паром или воздухом.

Отгонку паром ведут в колоннах, которые должны быть изготовлены из материала устойчивого к действию брома, такие как гранит, керамика и т.д.

Сверху в колонну подают подогретый рассол, а снизу - хлор и водяной пар. Выходящие из колонны пары брома, конденсируют в керамиковых холодильниках. На следующем этапе бром отделяют от воды и очищают от примеси хлора дистилляцией.

Используя отгонку воздухом можно использовать для получения брома

рассолы с его низким содержанием, что выгодно с экономической точки зрения (не требует большого расхода пара).

Чтобы улавливать бром из получаемой бромовоздушной смеси, используют химические поглотители. Для этого применяют растворы бромистого железа, которое, в свою очередь, получают восстановлением FеВг3 елезными стружками, а также растворы гидроокисей или карбонатов натрия или газообразный сернистый ангидрид, реагирующий с бромом в присутствии паров воды, образуя оромистоводородную и серную кислоты.

Таким образом получены лишь полупродукты из которых предстоит выделить бром, используя действие хлора или кислоты.

При необходимости полупродукты перерабатывают на бромистые соединения, не выделяя элементарного брома.

5. Опасность отравления

Предельно допустимые концентрации паров брома в воздухе 2 мг/м3.

Вдыхание паров брома при содержании их в воздухе 1 мг/м3 и более вызывает кашель, насморк, носовое кровотечение, головокружение, головную боль; с увеличением концентрации - удушье, бронхит, иногда смерть. Поэтому работы с бромом следует проводить в вытяжных шкафах.

При отравлении парами брома рекомендуется вдыхать аммиак, используя для этой цели сплыю разбавленный раствор его в воде или в этиловом спирте. Боль в горле, вызванную вдыханием паров брома, устраняют приёмом внутрь горячего молока.

Жидкий бром опасен при попадании на кожу, т.к. способен вызывать плохо заживающие ожоги.

Бром, попавший на кожу, смывают большим количеством воды или сдувают сильной струей воздуха. Обожжённые места смазывают ланолином.

6. Область применения

Бром получил широкое распространение в различных областях человеческой деятельности, являясь исходным продуктом для получения ряда бромистых солей и органических производных. Бром используют для получения бромистого этила и дибромэтана - составных частей этиловой

жидкости. Она добавляется к бензинам для повышения их детонационной стойкости. Бромистый метил и некоторые другие соединения брома получили распространение, как инсектициды. Соединения брома применяют в фотографии, при производстве ряда красителей.

Органические соединения брома с успехом применяются в качестве огнетушащих средств.

В медицине для получения высокоэффективных препаратов, используют бромиды натрия, калия, аммония, а также органические соединения брома , которые применяют при повышенной раздражительности, неврозах, истерии, бессоннице, гипертонические болезни, эпилепсии.

В химии бром и бромную воду используют при анализах для определения группы веществ.

7. Присутствие брома в организме

Бром является неотъемлемой составной частью тканей животных и растений, выполняя ряд важнейших функций. Его содержание в растительных организмах составляет в среднем: 7*10-4% брома на сырое вещество в наземных растениях, 10-4% - в организме животных.

В ходе исследований бром был найден в различных секретах (слезах, слюне, поте, молоке, желчи).

Содержание брома в крови здорового человека составляет от 0,11 до 2,00 мг%.

Выше уже говорилось о пользе искусственно полученного радиоактивного брома (82Br), еще одним открытием с его помощью является установленный факт избирательного поглощения его щитовидной железой, мозговым слоем почек и гипофизом.

Таким образом, бром, задерживаясь в щитовидной железе, вступает в конкурентные отношения с йодом, что влияет на деятельность железы и, соответственно, на состояние обмена веществ.

Бромиды, введённые в организм животных и человека содействуют нормализации состояния нервной системы, пострадавшей от перенапряжения, усиливают концентрацию процессов торможения в коре головного мозга.