Бром

Проста речовина бром у скляній ампулі

Бром (лат. Bromum) — хімічний елемент сьомої групи, головної підгрупи VIIА (17-ї групи у довгоперіодній формі) четвертого періоду періодичної системи хімічних елементів, атомний номер 35, атомна маса 79,904. Електронна конфігурація [Ar] 3d¹⁰4s²4p⁵.

Символ — Br. Проста речовина — неметал, двоатомна молекула (Br₂), червоно-бура летка рідина з різким запахом. Природній бром складається з двох стабільних ізотопів: ⁷⁹Br і ⁸¹Br.

Історична довідка

Бром відкрив хімік А. Ж. Балар 1826 під час дослідження розсолів, одержаних після випарювання морської води і попелу морських водоростей. Незалежно від Балара досліджував води мінеральні та отримав бром у 1825 Карл Якоб Льовіг (1803–1890; Німеччина), однак вчасно не опублікував результати.

Поширення в природі

Бром у вільному стані в природі не трапляється через високу хімічну активність. Поширений переважно у вигляді бромідів (див. Броміди природні) у морській воді, соляних озерах, підземних розсолах і мінеральних джерелах водних. Середній вміст брому в морській воді становить близько 65 мг/л (Світовий океан є основним природним резервуаром брому). Власні мінерали брому трапляються рідко. Найвідомішими мінералами брому є бромаргірит (AgBr) та емболіт (Ag(Cl, Br)). У незначних кількостях бром міститься в організмах, морських водоростях і ґрунтах. Середній вміст брому в корі земній — 2,5^.10^-4% маси. За геохімічними властивостями належить до розсіяних елементів, для яких характерна міграція у водному середовищі.

Фізичні властивості

Проста речовина Брому за нормальних умов є важкою леткою рідиною червоно-бурого кольору з різким задушливим запахом. Густина рідкого брому за 0 °C становить близько 3,12 г/см³. Температура плавлення –7,2 °C, температура кипіння +58,8 °C. Легко випаровується з утворенням бурих токсичних парів, що мають високу проникність. Бром обмежено розчинний у воді (утворює так звану бромну воду), добре розчиняється в органічних розчинниках (хлороформі, бензені, сірковуглеці), надаючи їм характерного забарвлення. Має значну поляризованість молекул, що зумовлює відносно високу температуру кипіння порівняно з іншими галогенами (крім йоду). Твердіє з охолодженням, утворюючи кристалічну масу темно-червоного кольору. Пари́ брому мають інтенсивне буре забарвлення, що зумовлено поглинанням світла у видимій області спектра.

Хімічні властивості

Бром — типовий представник групи галогенів із вираженими властивостями окисника; за хімічною активністю займає проміжне положення між хлором і йодом. У сполуках виявляє ступені окиснення –1, +1, +3, +5, +7, з яких найстійкішим є –1. Взаємодіє з більшістю металів з утворенням бромідів, безпосередньо або за нагрівання. З неметалами реагує менш активно, ніж хлор, утворює відповідні сполуки [з фосфором, сіркою (див. Сульфур), воднем (див. Гідроген)]. З воднем взаємодіє за нагрівання з утворенням бромоводню. У воді частково диспропорціонує з утворенням бромоводневої та гіпобромітної кислот; водний розчин (бромна вода) виявляє окисні властивості. У лужному середовищі диспропорціонування посилюється з утворенням бромідів і броматів. Як окисник бром витісняє йод зі сполук, але поступається хлору, який витісняє бром із бромідів. Реагує з багатьма сполуками органічними, вступає в реакції приєднання (з ненасиченими вуглеводнями) і заміщення (у сполуках ароматичних і насичених за відповідних умов). Характерною є здатність утворювати міжгалогенні сполуки (BrCl, BrF₃, BrF₅), а також оксосполуки різного складу, що відповідають різним ступеням окиснення.

Шляхи отримання

У промисловості бром отримують переважно з морської води, розсолів соляних озер, пластових вод нафтових і газових родовищ, розчинів від виробництва калійних солей. Основною сировиною є бромід-йони, які містяться у природних водах у вигляді розчинних солей. Промислове отримання брому ґрунтується на окисненні бромід-йонів сильнішими окисниками, найчастіше хлором, із подальшим виділенням молекулярного брому. У лабораторіях бром отримують окисненням бромідів сильними окисниками (сполуки мангану, хлору тощо) у кислому середовищі.

Застосування

Бром та його сполуки широко використовують у хімічній промисловості, органічному синтезі, медицині, фотографії, сільському господарстві та виробництві спеціальних матеріалів. Бром застосовують для синтезу броморганічних сполук, які використовують як проміжні продукти у виробництві барвників, лікарських засобів, пестицидів, поверхнево-активних речовин і полімерних матеріалів (див. Полімери).

Важливе промислове значення мають бромні антипірени — речовини, що знижують горючість пластмас (див. Пластичні маси), текстилю та інших матеріалів.

У медицині броміди натрію, калію та амонію раніше широко використовували як седативні та протисудомні лікарські засоби. Тепер їхнє застосування обмежене через появу більш ефективних і безпечних препаратів, однак окремі сполуки брому зберігають фармакологічне значення. У фотографії тривалий час використовували світлочутливий бромід срібла (AgBr).

В аналітичній хімії сполуки брому застосовують як окисники та реагенти для якісного й кількісного аналізу. Бром використовують також у нафтовидобувній промисловості для приготування важких бурових розчинів, у водоочищенні та дезінфекції води, а також у виробництві деяких спеціальних видів пального, хімічних реактивів і засобів органічного синтезу.

Роль у біохімічних процесах

Бром належить до мікроелементів, що в невеликих кількостях наявні в живих організмах. Найвищі концентрації є в морських організмах, водоростях і деяких безхребетних, що пов’язано з високим вмістом брому в морській воді. В організмі людини бром міститься переважно у міжклітинній рідині, крові, тканинах головного мозку та нирках. Тривалий час біологічна роль брому залишалась недостатньо з’ясованою, однак сучасні дослідження свідчать про його участь у процесах формування базальних мембран і стабілізації структури тканин.

Токсичність

Бром і його пари́ є високотоксичними та належать до сильних подразнювальних і корозійно-активних речовин. Пари́ брому вражають слизові оболонки дихальних шляхів та очей, спричиняють різке подразнення, кашель, сльозотечу, бронхоспазми; за високих концентрацій можливий розвиток хімічних опіків і токсичного набряку легень. Контакт рідкого брому зі шкірою викликає болісні опіки, утворення пухирців і некротичні ураження.

Гранично допустимі концентрації в повітрі робочої зони є дуже низькими; навіть незначне перевищення супроводжується вираженим запахом і подразливою дією. Тривалий або повторний вплив малих концентрацій може призводити до хронічних уражень дихальної системи, дерматитів, порушень функцій нервової системи (бромізм). Сполуки брому (броміди) менш токсичні, проте за надмірного надходження здатні накопичуватись в організмі, спричиняти неврологічні та соматичні розлади. Усі роботи з бромом потребують суворого дотримання правил техніки безпеки, використання засобів індивідуального захисту та ефективної вентиляції.

Додатково

Назва брому походить від давньогрец. βρῶμος — сморід, що пов’язано з різким неприємним запахом його парів.

Бром — єдиний неметал, що за стандартних умов перебуває в рідкому стані.

Під час Першої світової війни деякі сполуки брому використовували як компоненти сльозогінних речовин і хімічних агентів подразнювальної дії.

Література

Weeks M. E. Discovery of the Elements. 7th ed. Easton : Journal of Chemical Education, 1968. 910 p. URL : https://archive.org/details/discoveryofeleme07edunse
Greenwood N. N., Earnshaw A. Chemistry of the Elements. 2nd ed. Oxford : Butterworth-Heinemann, 1997. P. 789–810.
International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC). Compendium of Chemical Terminology (the Gold Book) / Еd. by A. D. McNaught, A. Wilkinson. 2nd ed. Oxford : Blackwell Scientific Publications, 1997. 1622 p. URL : https://archive.org/details/iupac-gold-book
Cotton F. A., Wilkinson G., Murillo C. A., Bochmann M. Advanced Inorganic Chemistry. 6th ed. New York : Wiley-Interscience, 1999. 1355 p.
Holleman A. F., Wiberg E., Wiberg N. Inorganic Chemistry. San Diego : Academic Press, 2001. 1884 p.
Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / За ред. В. С. Білецького. Донецьк : Донбас, 2004. Т. 1 : А–К. С. 143.
Опейда Й., Швайка О. Глосарій термінів з хімії / Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет. Донецьк : Вебер, 2008. С. 69.
Emsley J. Nature’s Building Blocks : An A–Z Guide to the Elements. New ed. Oxford : Oxford University Press, 2011. 699 p.
Housecroft C. E., Sharpe A. G. Inorganic Chemistry. 5th ed. Harlow : Pearson Education Limited, 2018. P. 581–612.