BROMO: STORIA, STRUTTURA, CONFIGURAZIONE ELETTRONICA, PROPRIETÀ, USI - CHIMICA - 2026

Il bromo è un elemento non metallico appartenente al gruppo degli alogeni, gruppo 17 (VIIA) della tavola periodica. Il suo simbolo chimico è Br. Si presenta come una molecola biatomica, i cui atomi sono legati da un legame covalente, motivo per cui le viene assegnata la formula molecolare Br ₂ .

A differenza del fluoro e del cloro, il bromo in condizioni terrestri non è un gas ma un liquido bruno-rossastro (immagine sotto). Sta fumando ed è insieme al mercurio, gli unici elementi liquidi. Sotto di esso, lo iodio, sebbene intensifichi il suo colore e diventi viola, può cristallizzare in un solido volatile.

Flaconcino con puro bromo liquido. Fonte: immagini ad alta risoluzione di elementi chimici

Il bromo fu scoperto, indipendentemente, nel 1825 da Carl Löwig, che studiava sotto la direzione del chimico tedesco Leopold Gmelin; e nel 1826 dal chimico francese Antoine-Jérome Balard. Tuttavia, la pubblicazione dei risultati sperimentali di Balard ha preceduto quella di Löwig.

Il bromo è il 62 ° elemento più abbondante sulla Terra, essendo distribuito a basse concentrazioni in tutta la crosta terrestre. In mare la concentrazione media è di 65 ppm. Il corpo umano contiene lo 0,0004% di bromo, la sua funzione non è nota in modo definitivo.

Questo elemento è sfruttato commercialmente in salamoie o luoghi che, a causa di particolari condizioni, sono luoghi di elevata concentrazione di sali; ad esempio il Mar Morto, a cui convergono le acque dei territori limitrofi, sature di sali.

È un elemento corrosivo in grado di attaccare i metalli, come il platino e il palladio. Dissolto in acqua, il bromo può esercitare la sua azione corrosiva anche sui tessuti umani, aggravando la situazione perché si può generare acido bromidrico. Per quanto riguarda la sua tossicità, può causare danni significativi a organi, come fegato, reni, polmoni e stomaco.

Il bromo è molto dannoso nell'atmosfera, essendo 40-100 volte più distruttivo per lo strato di ozono rispetto al cloro. La metà della perdita dello strato di ozono in Antartide è prodotta da reazioni legate al bromometile, un composto usato come fumigante.

Ha numerosi usi, come: ritardante di fiamma, agente sbiancante, disinfettante per superfici, additivo per carburanti, intermedio nella produzione di sedativi, nella produzione di prodotti chimici organici, ecc.

Storia

Il lavoro di Carl Löwig

Il bromo fu scoperto indipendentemente e quasi contemporaneamente da Carl Jacob Löwig, un chimico tedesco nel 1825, e da Antoine Balard, un chimico francese nel 1826.

Carl Löwig, un discepolo del chimico tedesco Leopold Gmelin, raccolse l'acqua da una sorgente a Bad Kreuznach e vi aggiunse il cloro; Dopo aver aggiunto l'etere, la miscela liquida è stata agitata.

Quindi, l'etere è stato distillato e concentrato per evaporazione. Di conseguenza ha ottenuto una sostanza bruno-rossastra, che era il bromo.

Il lavoro di Antoine Balard

Balard, da parte sua, ha utilizzato le ceneri di un'alga bruna nota come fucus e le ha mescolate con la salamoia, estratta dalle saline di Montpellier. Così ha rilasciato il bromo, facendo passare il cloro attraverso il materiale acquoso sottoposto ad estrazione, in cui era presente il bromuro di magnesio, MgBr ₂ .

Successivamente, il materiale è stato distillato in presenza di biossido di manganese e acido solforico, producendo vapori rossi che si sono condensati in un liquido scuro. Balard pensò che fosse un elemento nuovo e lo chiamò muride, derivato dalla parola latina muria, con la quale veniva designata la salamoia.

È stato notato che Balard cambiò il nome da muride a brôme su suggerimento di Anglada o Gay-Lussac, basato sul fatto che brôme significa fallo, che definisce l'odore dell'elemento scoperto.

I risultati furono pubblicati da Belard negli Annales of Chemie and Physique, prima che Löwig pubblicasse il suo.

Solo a partire dal 1858 fu possibile produrre bromo in quantità significative; L'anno in cui furono scoperti e sfruttati i giacimenti di sale di Stassfurt, che produssero il bromo come sottoprodotto della potassa.

Struttura e configurazione elettronica del bromo

Molecola

Molecola Br2. Fonte: Benjah-bmm27.

L'immagine sopra mostra la molecola di bromo, Br ₂ , con un pattern di riempimento compatto. In realtà, esiste un unico legame covalente tra i due atomi di bromo, Br-Br.

Essendo una molecola omogenea e biatomica, manca di un momento di dipolo permanente e può interagire solo con altre dello stesso tipo per mezzo delle forze di dispersione di Londra.

Questo è il motivo per cui il suo liquido rossastro è fumante; nelle molecole Br ₂ , sebbene relativamente pesanti, le loro forze intermolecolari le tengono insieme in modo lasco.

Il bromo è meno elettronegativo del cloro e quindi ha un effetto meno attraente sugli elettroni nei gusci di valenza. Di conseguenza, richiede meno energia per viaggiare a livelli di energia più elevati, assorbendo i fotoni verdi e riflettendo un colore rossastro.

Cristalli

Struttura cristallina di bromo. Fonte: Ben Mills.

Nella fase gassosa, le molecole di Br ₂ si separano notevolmente fino a quando non ci sono interazioni efficienti tra loro. Tuttavia, al di sotto del suo punto di fusione, il bromo può congelare in cristalli ortorombici rossastri (immagine in alto).

Nota come le molecole Br ₂ siano disposte in modo così ordinato da sembrare "vermi di bromo". Qui, ea queste temperature (T <-7,2 ° C), le forze di dispersione sono sufficienti affinché le vibrazioni delle molecole non facciano collassare immediatamente il cristallo; ma ancora, molti di loro sublimeranno costantemente.

Strato di valenza e stati di ossidazione

La configurazione elettronica del bromo è:

3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁵

Essendo 3d ¹⁰ 4s ² 4p ^{5 il} suo guscio di valenza (sebbene l'orbitale 3d ¹⁰ non giochi un ruolo di primo piano nelle sue reazioni chimiche). Gli elettroni negli orbitali 4s e 4p sono i 7 più esterni e totali, a solo un elettrone di distanza dal completamento dell'ottetto di valenza.

Da questa configurazione si possono dedurre i possibili stati di ossidazione del bromo: -1, se guadagna un elettrone per essere isoelettronico a krypton; +1, lasciando 3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁴ ; +3, +4 e +5, perdendo tutti gli elettroni dall'orbitale 4p (3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁰ ); e +7, senza lasciare elettroni nell'orbitale 4s (3d ¹⁰ 4s ⁰ 4p ⁰ ).

Proprietà

Aspetto fisico

Liquido fumante bruno-rossastro scuro. Si trova in natura come una molecola biatomica, con gli atomi legati da un legame covalente. Il bromo è un liquido più denso dell'acqua e vi affonda.

Peso atomico

79,904 g / mol.

Numero atomico

35.

Odore

Un fumo pungente, soffocante e irritante.

Punto di fusione

-7,2 ° C.

Punto di ebollizione

58.8 ° C.

Densità (Br

3,1028 g / cm ³

Solubilità dell'acqua

33,6 g / L a 25 ° C. La solubilità del bromo in acqua è bassa e tende ad aumentare al diminuire della temperatura; comportamento simile a quello di altri gas.

solubilità

Facilmente solubile in alcool, etere, cloroformio, tetracloruro di carbonio, disolfuro di carbonio e acido cloridrico concentrato. Solubile in solventi non polari e in alcuni solventi polari come alcool, acido solforico e in molti solventi alogenati.

Punto triplo

265,9 K a 5,8 kPa.

Punto critico

588 K a 10,34 MPa.

Calore di fusione (Br

10,571 kJ / mol.

Calore di vaporizzazione (Br

29,96 kJ / mol.

Capacità termica molare (Br

75,69 kJ / mol.

Pressione del vapore

Ad una temperatura di 270 K, 10 kPa.

Temperatura di autoaccensione

Non infiammabile.

punto di accensione

113 ° C.

Temperatura di conservazione

Da 2 a 8 ºC.

Tensione superficiale

40,9 mN / ma 25 ° C.

Soglia di odore

0,05 - 3,5 ppm. 0,39 mg / m ³

Indice di rifrazione (ηD)

1.6083 a 20 ° C e 1.6478 a 25 ° C.

elettronegatività

2.96 della scala Pauling.

Energia ionizzata

- Primo livello: 1.139,9 kJ / mol.

- Secondo livello: 2.103 kJ / mol.

- Terzo livello: 3.470 kJ / mol.

Radio atomica

120 pm.

Raggio covalente

120.3 pm.

Radio Van der Waals

185 pm.

Reattività

È meno reattivo del cloro, ma più reattivo dello iodio. È un ossidante meno forte del cloro e più forte dello iodio. È anche un agente riducente più debole dello iodio, ma più forte del cloro.

Il vapore di cloro è altamente corrosivo per molti materiali e tessuti umani. Attacca molti elementi metallici, inclusi platino e palladio; ma non attacca piombo, nichel, magnesio, ferro, zinco e sotto i 300 ºC né il sodio.

Il bromo nell'acqua subisce un cambiamento e si trasforma in bromuro. Può anche esistere come bromato (BrO ₃ ^- ), a seconda del pH del liquido.

Per la sua azione ossidante, il bromo può indurre il rilascio di radicali liberi dell'ossigeno. Questi sono forti ossidanti e possono causare danni ai tessuti. Inoltre, il bromo può infiammarsi spontaneamente se combinato con potassio, fosforo o stagno.

applicazioni

Additivo per benzina

L'etilene dibromuro è stato utilizzato per rimuovere potenziali depositi di piombo dai motori delle automobili. Dopo la combustione della benzina, che utilizzava il piombo come additivo, il bromo si combinava con il piombo per formare il bromuro di piombo, un gas volatile che veniva espulso attraverso il tubo di scappamento.

Sebbene il bromo rimuovesse il piombo dalla benzina, la sua azione distruttiva sullo strato di ozono era molto potente, motivo per cui è stato scartato per questa applicazione.

pesticidi

Il metilene o bromometil bromuro è stato utilizzato come pesticida per purificare i terreni, in particolare per eliminare i nematodi parassiti, come l'anchilostoma.

Tuttavia, l'uso della maggior parte dei composti contenenti bromo è stato scartato a causa della loro azione distruttiva sullo strato di ozono.

Controllo delle emissioni di mercurio

Il bromo viene utilizzato in alcuni impianti per ridurre l'emissione di mercurio, un metallo molto tossico.

fotografia

Il bromuro d'argento, oltre allo ioduro d'argento e al cloruro d'argento, viene utilizzato come composto sensibile alla luce nelle emulsioni fotografiche.

Azioni terapeutiche

Il bromuro di potassio, così come il bromuro di litio, sono stati usati come sedativi generali nel XIX e all'inizio del XX secolo. I bromuri sotto forma di sali semplici sono ancora utilizzati in alcuni paesi come anticonvulsivanti.

Tuttavia, la FDA degli Stati Uniti non approva oggi l'uso del bromo per il trattamento di alcuna malattia.

Ignifugo

Il bromo viene trasformato dalle fiamme in acido bromidrico, che interferisce con la reazione di ossidazione che si verifica durante l'incendio e ne provoca l'estinzione. I polimeri contenenti bromo vengono utilizzati per produrre resine ignifughe.

Additivo alimentare

Alla farina sono state aggiunte tracce di bromato di potassio per migliorare la cottura.

Reagenti e intermedio chimico

Il bromuro di idrogeno viene utilizzato come agente riducente e catalizzatore per reazioni organiche. Il bromo è utilizzato come intermedio chimico nella produzione di farmaci, fluidi idraulici, agenti refrigeranti, deumidificatori e nei preparati per ondulare i capelli.

Trova anche impiego nella produzione di fluidi di perforazione di pozzi, prodotti per la disinfezione dell'acqua, agenti sbiancanti, disinfettanti per superfici, coloranti, additivi per combustibili, ecc.

Azione biologica

Uno studio condotto nel 2014 indica che il bromo è un cofattore necessario per la biosintesi del collagene IV, che rende il bromo un elemento essenziale per lo sviluppo dei tessuti animali. Tuttavia, non ci sono informazioni sulle conseguenze di un deficit di elementi.

Dove si trova

Il bromo viene estratto commercialmente dalle profonde miniere di sale e dai pozzi di salamoia che si trovano nello stato dell'Arkansas e nel Great Salt Lake dello Utah, entrambi negli Stati Uniti. Quest'ultima salamoia ha una concentrazione di bromo dello 0,5%.

Per estrarre il bromo, si aggiunge alla salamoia il cloro gassoso caldo, per ossidare gli ioni bromuro nella soluzione, raccogliendo il bromo elementare.

Il Mar Morto, al confine tra Giordania e Israele, è un mare chiuso che si trova sotto il livello del mare, il che gli fa avere un'altissima concentrazione di sali.

Il bromo e la potassa si ottengono lì commercialmente, facendo evaporare l'acqua salata del Mar Morto. In questo mare la concentrazione di bromo può raggiungere i 5 g / L.

Si trova anche in alte concentrazioni in alcune sorgenti calde. La brominite, ad esempio, è un minerale di bromuro d'argento che si trova in Bolivia e in Messico.

rischi

Il bromo allo stato liquido è corrosivo per i tessuti umani. Ma il pericolo maggiore per l'uomo deriva dai fumi di bromo e dalla loro inalazione.

La respirazione in un ambiente con una concentrazione di bromo di 11–23 mg / m ³ produce forti shock. Una concentrazione di 30–60 mg / m ³ è estremamente dannosa. Nel frattempo, una concentrazione di 200 mg può essere fatale.

Riferimenti

1. Shiver & Atkins. (2008). Chimica inorganica. (Quarta edizione). Mc Graw Hill.
2. Centro nazionale per le informazioni sulla biotecnologia. (2019). Bromo. Database PubChem. CID = 23968. Estratto da: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. Ross Rachel. (8 febbraio 2017). Fatti sul bromo. Estratto da: livesscience.com
4. Wikipedia. (2019). Borace. Estratto da: en.wikipedia.org
5. Lenntech BV (2019). Bromo. Estratto da: lenntech.com