Химический элемент бром (Br) - характеристика, строение и свойства неметалла

Определение и физическая характеристика

Бром, обозначаемый символом Вг, является галогеном и входит в VII группу периодической таблицы химических элементов. Вещество имеет атомный номер 35, а его атомная масса составляет 79,904 дальтонов. Молярная масса составляет 79,904 г/моль. Относительная молекулярная масса молекулы равна 159,808, а её молярная масса — 160 г/моль. Бром, встречающийся в природе, состоит из двух нуклидов с массовыми числами 79 и 81.

Существует множество искусственных радиоактивных изотопов. Среди них самым интересным считается 80Вr, поскольку на его примере советский физик И. В. Курчатов открыл изомерию атомных ядер.

Вещество представляет собой жидкость красно-бурого оттенка, отличающуюся сильным неприятным запахом. Температура застывания брома составляет -7,2°С. Замёрзший элемент имеет форму красно-коричневых игольчатых кристаллов, блестящих как металл. Кипит элемент при температуре 58,78 °С, превращаясь в пар жёлто-бурого цвета. Плотность вещества в жидком виде — 3,1 г/см3.

Бром плохо растворяется в воде. Так, если её температура не превышает 5,84 °С, то вещество образует тёмно-красные кристаллы. Лучше всего для его растворения подходят органические составы. Извлекать элемент из различных водных соединений позволяет именно это физическое свойство.

Бром в любом физическом виде состоит из двухатомных молекул. Распад на атомы становится хорошо заметен при температуре 800 °C. Но также его можно наблюдать при действии света.

Химическое строение и свойства

Внешние электроны атома имеют конфигурацию 4s24p5. Необходимо отметить, что такое химическое свойство брома, как степень окисления, разнится в зависимости от соединения, к примеру, у гипобромитов этот показатель равен +1, а у броматов он составляет +5.

В соединениях валентность брома переменна. Атом вещества имеет заряд только тогда, когда является ионом, заряд ядра атома составляет 35. Представить электронную формулу брома можно следующим образом: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p5. Структурная же формула имеет вид: Br-Br.

Неметалл является химически активным, а потому по способности к реакции располагается между хлором и йодом. Сильное разогревание, иногда сопровождающееся горением, возникает, когда вещество взаимодействует со следующими реагентами:

• сера;
• селен;
• теллур;
• фосфор;
• мышьяк;
• сурьма.

Так же протекает реакция вещества с некоторыми металлами, к примеру, калием и алюминием. Но большинство металлических элементов плохо реагирует с безводным бромом, потому что на их поверхности образуется защитная плёнка бромида, который не растворяется в этом реагенте.

Самыми устойчивыми к такой реакции, даже при высокой температуре и наличии воды, считаются следующие металлы:

• платина;
• свинец;
• серебро;
• тантал.

У золота с бромом взаимодействие проходит довольно активно. Кислород, азот и углерод не создают с элементом прямых соединений даже при повышенной температуре. Чтобы эти вещества соединились, химики применяют различные косвенные методы. К примеру, очень непрочный оксид Вr3О8 получают посредством воздействия озона на бром при 80 °C. Реагировать непосредственно с элементом способны галогены, в результате их взаимодействия образуются BrF3, BrCl и другие соединения.

Бром относится к сильным окислителям. Элемент способен вытеснить из химических соединений йод. Само же вещество подвергается вытеснению хлором и фтором.

Выделить чистый неметалл из бромидов на основе воды можно посредством использования сильных окислителей, поместив все реагенты в кислую среду. Растворяясь в воде, вещество вступает с нею в слабую реакцию, результатом которой становится образование бромистоводородной и бромноватистой кислот. Водный раствор элемента называется бромной водой.

Неметалл растворяется в щелочах:

• При низких температурах соединение брома и гидроксидов даёт бромиды и гипобромиты.
• При температуре около 100 °C получаются бромиды и броматы.

Взаимодействие брома и органических соединений чаще всего проходит с характерным присоединением углерода по двойной связи и замещением водорода. Обычно это происходит при воздействии различных катализаторов или света. Ещё одной распространённой химической реакций является бромирование, суть которого заключается во введении атома реагента в соединение посредством химической реакции вещества с ненасыщенной молекулой или замещения водорода.

Нахождение в природе

Основная часть природного брома рассеяна в земной коре. Больше всего вещества содержится в породах, сформированных магмой. Этот элемент можно обнаружить рядом с хлором. Так, соли элемента встречаются в солевых хлорных отложениях, в морской воде, насыщенном растворе соляных озёр и рассолах, находящихся под землёй, которые зачастую связаны с месторождениями соли и нефти. Так как вещество хорошо растворяется в воде, его соли скапливаются в рассолах, оставшихся на месте озёр и заливов.

Неметалл перемещается в форме хорошо растворимых соединений, а потому его довольно сложно встретить в твёрдой минеральной форме. Минералами становятся бромирит AgBr, эмболит Ag (Cl, Вг) и йодэмболит Ag (Cl, Вr, I), которые образуются в зонах окисления сульфидных месторождений серебра, сформировавшихся в областях пустынь и полупустынь.

Промышленное получение

В промышленности для получения брома используют морскую воду, озёрные и подземные рассолы, а также калийные щёлоки. Для выделения вещества применяют хлор. Процедура состоит из следующих этапов:

1. В гранитные, керамические или другие устойчивые к бромовому воздействию колонны сверху подают подогретое сырьё.
2. Снизу в них направляют хлор и водяной пар или воздух.
3. После выхода из устройства бромовые пары оседают в виде жидкости в специальных холодильных установках.
4. Полученное вещество отделяют от воды.
5. Посредством дистилляции его очищают от хлора.
6. Из смеси реактива и воздуха бром выделяют с помощью химических поглотителей. В таких установках может использоваться газообразный сернистый ангидрид. Он реагирует с реактивом при наличии водяного пара, образуя бромистоводородную и серную кислоты.
7. Для получения чистого вещества полупродукты подвергают воздействию хлора или кислоты.
8. При необходимости проводится их переработка на бромистые соединения без выделения искомого элемента.

Метод с применением воздуха позволяет получать бром из рассолов даже с небольшим количеством вещества. Применять к таким смесям паровой способ экономически невыгодно, поскольку на выделение малого количества реагента тратится значительное количество пара.

Применение вещества

Прежде всего, вещество является основой для создания бромистых солей и различных производных на основе органики. Но и сам реактив, и его соединения довольно широко используются во многих областях жизнедеятельности человека:

• Органические бромиды — синтезирование красителей и лекарств.
• Бромиды щелочных металлов — успокоительные препараты, используемые для лечения неврозов, повышенной раздражительности, гипертонии, эпилепсии.
• Бромид серебра — фотография.
• Бром — изготовление бромистого этила и дибромэтана, участвующих в производстве этиловой жидкости, которую добавляют к бензинам, чтобы снизить их способность к детонации.
• Бромистый метил — инсектициды.
• Органические соединения вещества — производство эффективных огнетушителей.
• Бромная вода — химические анализы, позволяющие определять многие вещества.

Бром в организме

Вещество содержится в тканях всех животных и растений. Его обнаружили практически во всех жидкостях тела. Если человек здоров, то в его организме уровень брома составляет от 0,11 до 2,00 мг/%. Для поддержания этого показателя в сутки необходимо получать не больше 0,8−1 г реактива.

Радиоактивный бром позволил выявить, что вещество поглощается щитовидной железой, почками и мозгом. Бромиды, которые были введены в животные организмы, увеличили концентрацию процессов торможения, проходящих в головном мозге. Они способствовали приведению в норму нервной системы, которая пострадала от чрезмерного напряжения, возникшего в результате подобного процесса.

Но следует учитывать, что химический элемент задерживается в щитовидной железе, вступая в конкуренцию с йодом. Это влияет на работу органа, что отражается на обмене веществ.

Бром плохо усваивается, если в реакции будут участвовать хлор, алюминий, йод и фтор. Чтобы избежать такой ситуации, перед началом лечения препаратами, содержащими бромные соли, необходимо проконсультироваться с врачом.

Опасность и вред

Элементарный бром представляет собой сильнодействующий яд, отнесённый ко второму классу опасности. Его ни в коем случае нельзя принимать внутрь.

Очень опасны пары вещества:

• При концентрации 1 мг/м3 и более газ вызывает кашель, насморк, кровотечение из носа, головокружение и головную боль.
• При концентрациях, превышающих указанный порог, у человека может начаться отёк лёгких, удушье, бронхит, в некоторых случаях возможен смертельный исход.
• Максимальное допустимое значение — 2 мг/м3.

Во избежание отравления все работы с реагентом необходимо осуществлять в специальных шкафах, оборудованных хорошей вытяжной системой. Если же защититься от паров не удалось, то следует подышать сильно разбавленным водным раствором аммиака, возможно применение раствора на этиловом спирте. Для устранения боли в горле, возникшей из-за воздействия отравляющего газа, нужно выпить хорошо нагретое молоко.

В жидком виде попавшее на кожу вещество вызывает ожоги, которые плохо заживают. В случае поражения кожи реагент необходимо тщательно смыть большим количеством воды или сдуть мощной воздушной струёй. Место ожога следует смазать ланолином.

Представителям профессий, требующих постоянной концентрации внимания, к примеру, водителям и альпинистам, применять лекарства на основе брома не рекомендуется. Это обусловлено свойством вещества снимать возбуждённое состояние нервной системы, расслаблять её.

Признаки избытка и нехватки

Чаще всего переизбыток вещества в организме возникает при неправильном употреблении бромосодержащих препаратов. Это состояние может привести к серьёзным проблемам со здоровьем. Признаки избытка микроэлемента:

• Кожные воспаления и высыпания.
• Нарушения в работе пищеварительной системы.
• Ощущение усталости, вялости и подавленности.
• Частые бронхиты и риниты при отсутствии простудных и вирусных заболеваний.

Нехватка брома не менее серьёзная проблема. Из-за отсутствия в организме необходимого количества вещества у беременных женщин повышается вероятность выкидыша на разных сроках.

Проявляться недостаток микроэлемента может в виде таких симптомов:

• бессонница;
• замедление роста у детей;
• понижение уровня гемоглобина.

Эти проблемы редко ассоциируются именно с нехваткой брома, но всё же лучше обратиться к врачу и сдать необходимые анализы. Такая мера позволит установить причину недомогания и исключить возможность развития более серьёзных заболеваний.

Бром является важным химическим элементом. Он необходим для нормальной жизнедеятельности растений и животных. Недостаток этого неметалла, как и его избыток, может привести к развитию заболеваний. Кроме того, вещество активно применяется в различных сферах деятельности человека. На его основе создаются лекарственные препараты, химические реагенты и инсектициды.