Występowanie w przyrodzie

Brom jest pierwiastkiem niezbyt powszechnym w skorupie ziemskiej, zajmuje 53 miejsce.

Substancja tą można znaleźć w związanym stanie (najczęściej jako bromki: sodu NaBr i potasu KBr) w:

  • wodzie morskiej,
  • skorupie ziemskiej (w postaci bromokarnalitu i bromosylwinitu, a także bromargirytu - AgBr)
  • złożach soli kamiennej i potasowej
  • organizmach roślinnych i zwierzęcych (morskich)

Własności fizyczne

Brom zaliczany jest do grupy fluorowców, jest pierwiastkiem występującym w postaci lotnej, czerwonobrunatnej cieczy o ostrym, charakterystycznym zapachu. Ten niemetal wykazuje dużą reaktywność chemiczną. Jest rozpuszczalny w wodzie oraz niektórych rozpuszczalnikach organicznych. Najważniejsze własności tego pierwiastka zostały przedstawione w Tabeli 1.

Symbol chemiczny

Br (bromum)

Liczba atomowa

35

Masa atomowa

79,904

Stopnie utlenienia

-I, I, III, V, VII

Konfiguracja elektronowa

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p5

Temp. topnienia

-7,2°C

Temp. wrzenia

58,78°C

Gęstość

3,12 g/cm3

Tabela 1. Własności fizyczne bromu

Właściwości chemiczne

Jak już wspomniano, brom charakteryzuje się dużą aktywnością chemiczną, ma silne własności utleniające. Ze względu na położenie w układzie okresowym jest on mniej reaktywny od chloru, a bardziej od jodu (powoduje utlenienie jodków do jodu w stanie wolnym). Łączy się on gwałtownie z wieloma pierwiastkami m.in. z potasem, fosforem, arsenem i siarką. Szczególnie łatwo ulega reakcji ze sproszkowanymi metalami oraz z wodorem, co prowadzi do powstania bromowodoru HBr (proces ten zachodzi pod wpływem światła).

Związki

Brom występuje zarówno w związkach nieorganicznych (bromowodór, bromki metali, bromiany, woda bromowa) jak i organicznych.

Bromowodór (HBr) jest bezbarwnym gazem o duszącej, charakterystycznej woni, dymiącym na powietrzu, jego temperatura wrzenia wynosi -67°C. Po rozpuszczeniu w wodzie tworzy kwas o dużej mocy bromowodorowy wykazujący właściwości redukujące.

Bromki są solami kwasu bromowodorowego HBr, mają postać krystaliczną. Dobrze rozpuszczają się w wodzie, oprócz niektórych soli metali ciężkich (np. AgBr). Charakterystykę najważniejszych bromków: potasu, sodu, srebra zestawiono w Tabeli 2.

Nazwa

Wzór chemiczny

Postać

Rozpuszczalność

w wodzie

Inne właściwości

Bromek potasu

K Br

białe kryształy

rozpuszczalny

w wodzie

Bromek sodu

NaBr

białe kryształy (krystalizuje

jako hydrat NaBr*2H2O)

bardzo dobrze rozpuszczalny

w wodzie w wodzie

Bromek srebra

AgBr

jasnożółte kryształy

bardzo trudno rozpuszczalny

w wodzie

*rozkład przy udziale światła z wydzieleniem metalicznego srebra

*tworzy kompleksy

z cyjankiem potasu

i tiosiarczanem sodu

Tabela 2. Charakterystyka wybranych bromków

Bromiany są, natomiast solami kwasów tlenowych bromu, a ich charakterystykę przedstawia Tabela 3.

Nazwa bromianu

Kwas, od którego pochodzą

Postać

Właściwości
Bromiany (I)

HBrO

substancje krystaliczne

*silne utleniacze,

*nietrwałe, podczas ogrzewania ulegają rozpadowi

(np. 3KBrO = KBrO3 + 2KBr)

Bromiany (III)

HBrO2

substancje krystaliczne

*silne utleniacze,

*nietrwałe

Bromiany (V)

HBrO3

substancje krystaliczne

*silne utleniacze

Bromiany (VII)

HBrO4

substancje krystaliczne

*silne utleniacze

Tabela 3. Charakterystyka bromianów

Woda bromowa jest brunatną ciecz powstającą przez rozpuszczenie w wodzie bromu.

Bromki związków organicznych powstają przez tzw. bromowanie, czyli wprowadzanie atomu bromu
do cząsteczki związku organicznego podczas reakcji podstawiania atomu wodoru (w związkach nasyconych)
lub reakcji przyłączania (w związkach nienasyconych).

Otrzymywanie

Brom został odkryty w 1826r. przez chemika francuskiego Antoine'a Jérôme'a Balard'a w wodzie morskiej. Naukowiec ten był profesorem Sorbony (od 1842r), później Collége de France (od 1851r), a od 1844r członkiem francuskiej Akademii Nauk. Jest on twórcą przemysłowej metody otrzymywania siarczanu sodu oraz soli potasowych z wody morskiej.

Fluorowiec ten otrzymuje się poddając wodę morską działaniu chloru. Następuje wówczas utlenianie bromków do wolnego bromu. Następnie wydmuchuje się go przy pomocy strumieni powietrza ,a jego pary są pochłaniane w roztworze węglanu sodu. Zakwaszenie powoduje wydzielanie się bromu, oddzielanego za pomocą destylacji.

Drugą metodą otrzymywania bromu jest elektroliza roztworu bromku magnezu. Wówczas brom wytwarza się na anodzie.

Zastosowanie bromu i jego związków

Brom i jego związki są szeroko wykorzystywane:

  • Jako substrat w chemii organicznej do otrzymywania
  • Jako składnik bojowych środków trujących ze względu na trujące i parzące działanie bromu
  • W przemyśle farmaceutycznym (lek uspakajający), barwników, w produkcji środków dezynfekcyjnych, freonów czy pestycydów, w metalurgii złota oraz platyny
  • HBr służy do synetyzowania np. bromków metali, a także w laserach ksenonowych, działając jako donor kationów Br-.

Utworzone zostaje wówczas wiązanie koordynacyjne, polegające na oddaniu pary elektronowej pochodzącej od jednego atomu (donora) - oddającego parę elektronów) wiążącego się z drugim atomem (akceptorem - donorem protonów).

  • Bromki w optoelektronice stanowiąc składniki szkieł światłowodowych, a także do produkcji innych związków bromu lub wolnego bromu, w spektroskopii (jako monokryształy), w fotografii (KBr, NaBr, AgBr).
  • Zawiesina bardzo drobnych kryształków (0,01-3 μm) halogenków srebra w postaci bromków, chlorków, jodków w żelatynie tworzy emulsję fotograficzną. Pokrywa ona materiały fotograficzne tworząc warstwę światłoczułą. Podczas naświetlania emulsji w wyniku reakcji fotochemicznej powstaje obraz utajony, a następnie obraz fotograficzny w wyniku wywoływania oraz dalszej obróbki. Emulsja fotograficzna jest otrzymywana przez strącenie halogenków srebra w roztworze wodnym żelatyny,
  • a następnie poddanie procesowi dojrzewania.

Jądrową emulsję fotograficzną używa się do rejestrowania torów cząstek naładowanych, np. promieniowania kosmicznego, posiadającą cztery razy więcej bromku srebra, w porównaniu ze zwykłą emulsją, niewielkimi rozmiarami ziaren (0,1-0,6 μm), a także oraz znaczną grubością warstwy. Cząstka, która przechodzi przez jądrową emulsję fotograficzną przyczynia się do powstania utajonego obrazu. Po wywołaniu widać czarne ziarna zredukowanego srebra, a analiza mikroskopowa torów cząstek umożliwia wyznaczyć masy, ładunku oraz energii cząstki. Taką technike zastosował japoński fizyk S. Kinoshita (1910r) i niemiecki fizyk M. Reinganum (1911r).

Emulsję fotograficzną charakteryzuje kontrastowość, światłoczułość, ziarnistość oraz rozdzielczość. Wpływ na te parametry ma wielkość, ilość, kształt oraz zakłócenia w budowie krystalicznej ziaren. Zwiększenie wielkości ziaren wiąże się zazwyczaj z zwiększeniem światłoczułości.

  • Bromiany (V) w chemii analitycznej.

Bromianometrię (miareczkowanie roztworem bromianu (V) potasu - KBrO3 ) stosuje się do oznaczenia ilościowego związków redukujących lub utleniających (pośrednio) i związków organicznych

z wiązaniem podwójnym.

  • Woda bromowa jako utleniacz w laboratorium.
  • Halony, w postaci środki gaśnicze.

Halony to fluorowcopochodne metanu oraz etanu, a w ich cząsteczkach wszystkie atomy wodoru są podstawione atomami fluoru, bromu lub/i chloru. Występują w postaci gazowej lub ciekłej, są niepalne, nie przewodzą prądu i nie korodują. Powodują jednak niszczenie warstwy ozonowej, ograniczając ich zastosowanie.

Halony oznacza się 4 cyframi (liczba atomów węgla, fluoru, chloru i bromu

w cząsteczce). Trifluorobromometan CF3Br (1301), difluorochlorobromometan CF2ClBr (1211) oraz tetrafluorodibromoetan C2F4Br2 (2402) to z nich najczęściej stosowane.

Oddziaływanie na człowieka

Związki bromu wykazują działanie toksyczne, wywołując zatrucia u około 1-10% osób leczonych medykamentami zawierającymi brom (w Stanach Zjednoczonych Ameryki ok. 5% pacjentów rezydujących

w zakładach psychiatrycznych stanowią ludzie przewlekle zatruci tymi lekami). Fakt ten jest spowodowany tym, że dawka lecznicza (ok. 1 mg/cm3 krwi) jest podobna do dawki śmiertelnej (3 mg/cm3). Toksyczny efekt bromu wywołuje wypieranie chlorków z krwi (osocza). Objawami są: zamroczenie, w przypadku ostrych zatruć występują bóle brzucha, nudności, wymioty, śpiączka oraz porażenia, a wskutek przedawkowania występuje otępienie umysłowe, apatia, utrudniona niewyraźna mowa, utrata pamięci, omamy, brak łaknienia, często zmniejsza się czucie na dotyk oraz ból, nieprzyjemny zapach z ust.

W przypadku zatrucia parami bromu następują objawy podobne do tych, co zatrucia chlorem: krwotoki z nosa, kaszel, zawroty głowy.

Ciekły brom ma działanie silnie żrące powodując pokrzywki, owrzodzenia skóry, a bromki są łatwo wchłaniane wraz z pokarmem oraz trudno usuwane z moczem.

Stężenie fizjologiczne bromu we krwi wynosi ok. 1 mg/100 cm3 , a par bromu - 2 mg/m3.