Te, które tworzą sole, część 4 Brom

Kolejnym pierwiastkiem z rodziny halogenów jest brom. Zajmuje miejsce pomiędzy chlorem a jodem (razem tworząc podrodzinę halogenów), a jego właściwości są przeciętne w porównaniu do sąsiadów z górnej i dolnej części grupy. Myli się jednak ten, kto pomyśli, że jest to element nieciekawy.

Na przykład brom jest jedyną cieczą wśród niemetali, a jego kolor również pozostaje unikalny w świecie pierwiastków. Najważniejsze jednak, że można z nim przeprowadzać ciekawe eksperymenty w domu.

- Coś tu brzydko pachnie! -

...... wykrzyknął francuski chemik Josepha Gay-Lussacakiedy latem 1826 r. w imieniu Akademii Francuskiej sprawdzał raport o odkryciu nowego pierwiastka. Jej autor był szerzej nieznany Antoniego Balara. Rok wcześniej ten 23-letni aptekarz badał możliwość wytwarzania jodu z roztworów browarniczych pozostałych po krystalizacji soli kamiennej z wody morskiej (metoda stosowana do wytwarzania soli w ciepłym klimacie, takim jak francuskie wybrzeże Morza Śródziemnego). Chlor bąbelkował w roztworze, wypierając jod z soli. Otrzymał element, ale zauważył coś jeszcze - warstwę żółtawej cieczy o silnym zapachu. Rozdzielił go, a następnie połączył. Pozostałość okazała się ciemnobrązową cieczą, niepodobną do żadnej znanej substancji. Wyniki testów Balara pokazały, że jest to nowy pierwiastek. Wysłał więc raport do Akademii Francuskiej i czekał na jej werdykt. Po potwierdzeniu odkrycia Balara zaproponowano nazwę pierwiastka. brom, wywodzący się z greckiego bromos, tj. smród, bo zapach bromu nie jest przyjemny (1).

Ostrzeżenie! Nieprzyjemny zapach to nie jedyna wada bromu. Pierwiastek ten jest tak samo szkodliwy jak wyższe halogeny, a raz na skórze pozostawia trudno gojące się rany. Dlatego w żadnym wypadku nie należy przyjmować bromu w czystej postaci i unikać wdychania zapachu jego roztworu.

pierwiastek wody morskiej

Woda morska zawiera prawie cały brom występujący na kuli ziemskiej. Narażenie na chlor powoduje uwolnienie bromu, który ulatnia się z powietrzem używanym do przedmuchiwania wody. W odbiorniku brom skrapla się, a następnie oczyszcza przez destylację. Ze względu na tańszą konkurencję i mniejszą reaktywność brom jest używany tylko w razie potrzeby. Wiele zastosowań zniknęło, takich jak bromek srebra w fotografii, ołowiowe dodatki do benzyny i halonowe środki gaśnicze. Brom jest składnikiem baterii bromowo-cynkowych, a jego związki są stosowane jako leki, barwniki, dodatki zmniejszające palność tworzyw sztucznych oraz środki ochrony roślin.

Chemicznie brom nie różni się od innych halogenów: tworzy silny kwas bromowodorowy HBr, sole z anionem bromu oraz niektóre kwasy tlenowe i ich sole.

Analityk bromu

Reakcje charakterystyczne dla anionu bromkowego są podobne do doświadczeń przeprowadzanych dla chlorków. Po dodaniu roztworu azotanu srebra AgNO₃ wytrąca się słabo rozpuszczalny osad AgBr, ciemniejący w świetle w wyniku rozkładu fotochemicznego. Osad ma żółtawy kolor (w przeciwieństwie do białego AgCl i żółtego AgI) i jest słabo rozpuszczalny po dodaniu roztworu amoniaku NH._3aq (co odróżnia go od AgCl, który jest dobrze rozpuszczalny w tych warunkach) (2). 

2. Porównanie barw halogenków srebra - poniżej widać ich zanikanie pod wpływem światła.

Najłatwiejszym sposobem wykrycia bromków jest ich utlenienie i stwierdzenie obecności wolnego bromu. Do testu potrzebne będą: bromek potasu KBr, nadmanganian potasu KMnO₄, roztwór kwasu siarkowego (VI) H₂SO₄ oraz rozpuszczalnik organiczny (np. rozcieńczalnik do farb). Do probówki wlać niewielką ilość roztworów KBr i KMnO.₄a następnie kilka kropli kwasu. Zawartość natychmiast staje się żółtawa (pierwotnie była fioletowa od dodanego nadmanganianu potasu):

2 KM nie₄ +10KBr +8H₂SO4 → 2MnSOXNUMX₄ + 6 tys.₂SO₄ +5Br₂ + 8H₂Informacje o Dodaj wyświetlanie

3. Brom wyekstrahowany z warstwy wodnej (na dole) zabarwia warstwę rozpuszczalnika organicznego na czerwono-brązowo (na górze).

rozpuszczalnik i wstrząsnąć fiolką w celu wymieszania zawartości. Po odklejeniu zobaczysz, że warstwa organiczna przybrała brązowo-czerwony kolor. Brom lepiej rozpuszcza się w cieczach niepolarnych i przechodzi z wody do rozpuszczalnika. Zaobserwowane zjawisko добыча (3). 

Woda bromowa w domu

woda bromowa to wodny roztwór otrzymywany przemysłowo przez rozpuszczanie bromu w wodzie (około 3,6 g bromu na 100 g wody). Jest to odczynnik stosowany jako łagodny utleniacz oraz do wykrywania nienasyconej natury związków organicznych. Jednak wolny brom jest substancją niebezpieczną, a poza tym woda bromowa jest niestabilna (brom odparowuje z roztworu i reaguje z wodą). Dlatego najlepiej jest go trochę obejść i od razu używać go do eksperymentów.

Poznałeś już pierwszą metodę wykrywania bromków: utlenianie prowadzące do powstania wolnego bromu. Tym razem dodaj kilka kropel H do znajdującego się w kolbie roztworu bromku potasu KBr.₂SO₄ i część nadtlenku wodoru (3% H₂O₂ stosowany jako środek dezynfekujący). Po chwili mieszanina staje się żółtawa:

2KBr+H₂O₂ +H₂SO₄ →K₂SO₄ + br₂ + 2H₂O

Otrzymana w ten sposób woda bromowa jest zanieczyszczona, ale jedynym problemem jest X.₂O₂. Dlatego należy go usunąć dwutlenkiem manganu MnO.₂który rozłoży nadmiar nadtlenku wodoru. Związek najłatwiej pozyskać z ogniw jednorazowych (oznaczonych jako R03, R06), gdzie występuje on w postaci ciemnej masy wypełniającej cynkowy kubeczek. Umieścić szczyptę masy w kolbie, a po reakcji zlać supernatant i odczynnik jest gotowy.

Inną metodą jest elektroliza wodnego roztworu KBr. Aby otrzymać w miarę czysty roztwór bromu, konieczne jest zbudowanie elektrolizera przeponowego, tj. wystarczy przedzielić zlewkę odpowiednim kawałkiem tektury (w ten sposób ograniczysz mieszanie się produktów reakcji na elektrodach). Sztyft grafitowy pobrany z wymienionego powyżej jednorazowego ogniwa 3 będzie używany jako elektroda dodatnia, a zwykły gwóźdź jako elektroda ujemna. Źródłem zasilania jest bateria pastylkowa 4,5 V. Wlej roztwór KBr do zlewki, włóż elektrody z podłączonymi przewodami i podłącz baterię do przewodów. W pobliżu elektrody dodatniej roztwór zmieni kolor na żółty (to jest woda bromowa), a na elektrodzie ujemnej utworzą się pęcherzyki wodoru (4). Nad szkłem unosi się silny zapach bromu. Pobrać roztwór strzykawką lub pipetą.

4. Domowe ogniwo przeponowe po lewej stronie i to samo ogniwo do produkcji wody bromowej (po prawej). Odczynnik gromadzi się wokół elektrody dodatniej; pęcherzyki wodoru są widoczne na elektrodzie ujemnej.

Wodę bromową można przechowywać przez krótki czas w szczelnie zamkniętym pojemniku, chronić przed światłem iw chłodnym miejscu, ale lepiej od razu spróbować. Jeśli wykonałeś papierki skrobiowe jodowane według przepisu z drugiej części cyklu, nałóż na papier kroplę wody bromowej. Natychmiast pojawi się ciemna plama, sygnalizująca powstawanie wolnego jodu:

2KI + Nie.₂ → ja₂ + KVg

Tak jak brom otrzymuje się z wody morskiej, wypierając go z bromków silniejszym utleniaczem ( ), tak brom wypiera jod słabiej niż z jodków (oczywiście chlor wypiera również jod).

Jeśli nie masz bibułki z jodkiem skrobiowym, wlej do probówki roztwór jodku potasu i dodaj kilka kropli wody bromowej. Roztwór ciemnieje, a po dodaniu wskaźnika skrobiowego (zawiesina mąki ziemniaczanej w wodzie) zmienia kolor na ciemnoniebieski - wynik wskazuje na pojawienie się wolnego jodu (5). 

5. Wykrywanie bromu. Powyżej - bibułka z jodem skrobiowym, poniżej - roztwór jodku potasu ze wskaźnikiem skrobiowym (po lewej - odczynniki do reakcji, po prawej - wynik mieszania roztworów).

Dwa eksperymenty kuchenne.

Z wielu eksperymentów z wodą bromową proponuję dwa, do których potrzebne będą odczynniki z kuchni. W pierwszym wyjmij butelkę oleju rzepakowego,

7. Reakcja wody bromowej z olejem roślinnym. Widoczna górna warstwa oleju (po lewej) oraz dolna warstwa wody zabarwiona bromem przed reakcją (po lewej). Po reakcji (po prawej) warstwa wodna uległa odbarwieniu.

olej słonecznikowy lub oliwa z oliwek. Wlać niewielką ilość oleju roślinnego do probówki z wodą bromową i wstrząsnąć zawartością, aby odczynniki dobrze się wymieszały. Gdy labilna emulsja się rozpadnie, olej będzie na górze (mniej gęsty niż woda), a woda bromowa na dole. Jednak warstwa wody straciła swój żółtawy kolor. Efekt ten „zabrania” wodnego roztworu i wykorzystuje go do reagowania ze składnikami oleju (6). 

Olej roślinny zawiera dość dużo nienasyconych kwasów tłuszczowych (w połączeniu z gliceryną tworzą tłuszcze). Atomy bromu są przyłączone do podwójnych wiązań w cząsteczkach tych kwasów, tworząc odpowiednie pochodne bromu. Zmiana barwy wody bromowej świadczy o obecności w badanej próbce nienasyconych związków organicznych, tj. związki, które mają podwójne lub potrójne wiązania między atomami węgla (7). 

Do drugiego eksperymentu kuchennego przygotuj sodę oczyszczoną, czyli wodorowęglan sodu, NaHCOXNUMX.₃oraz dwa cukry – glukozę i fruktozę. Sodę i glukozę można kupić w sklepie spożywczym, a fruktozę w kiosku dla diabetyków lub w sklepie ze zdrową żywnością. Glukoza i fruktoza tworzą sacharozę, która jest powszechnym cukrem. Ponadto są bardzo podobne we właściwościach i mają tę samą formułę całkowitą, a jakby tego było mało, łatwo przechodzą w siebie. To prawda, że ​​istnieją między nimi różnice: fruktoza jest słodsza niż glukoza, aw roztworze odwraca płaszczyznę światła. Jednak do identyfikacji użyjesz różnicy w budowie chemicznej: glukoza jest aldehydem, a fruktoza jest ketonem.

7. Reakcja dodawania bromu do wiązania

Być może pamiętasz, że cukry redukujące są identyfikowane za pomocą testów Trommera i Tollensa. Widok zewnętrzny złoża cegły Cu₂O (w pierwszej próbie) lub srebrne lustro (w drugiej próbie) wskazuje na obecność związków redukujących, takich jak aldehydy.

Jednak próby te nie rozróżniają aldehydu glukozowego od ketonu fruktozowego, ponieważ fruktoza szybko zmieni swoją strukturę w środowisku reakcji, zamieniając się w glukozę. Potrzebny jest rzadszy odczynnik.

Halogeny jako 

Istnieje grupa związków chemicznych, które mają podobne właściwości do podobnych związków. Tworzą kwasy o wzorze ogólnym HX i sole z jednoujemnymi anionami X–, przy czym kwasy te nie powstają z tlenków. Przykładami takich pseudohalogenów są trujący kwas cyjanowodorowy HCN i nieszkodliwy tiocyjanian HSCN. Niektóre z nich tworzą nawet cząsteczki dwuatomowe, takie jak cyjanogen (CN).₂.

Tutaj do gry wchodzi woda bromowa. Sporządzić roztwory: glukozę z dodatkiem NaHCOXNUMX₃ i fruktozy, również z dodatkiem sody oczyszczonej. Wlej przygotowany roztwór glukozy do jednej probówki z wodą bromową, a roztwór fruktozy do drugiej, również z wodą bromową. Różnica jest wyraźnie widoczna: woda bromowa odbarwiła się pod wpływem roztworu glukozy, a fruktoza nie spowodowała żadnych zmian. Te dwa cukry można rozróżnić tylko w środowisku lekko zasadowym (dostarczonym z wodorowęglanem sodu) i łagodnym utleniaczem, czyli wodą bromową. Użycie silnie zasadowego roztworu (niezbędnego do testów Trommera i Tollensa) powoduje szybką przemianę jednego cukru w ​​drugi i odbarwienie wody bromowej również przez fruktozę. Jeśli chcesz wiedzieć, powtórz test używając wodorotlenku sodu zamiast sody oczyszczonej.