Минимальная и максимальная степень окисления брома. Химические свойства брома

Среди всех химических элементов-неметаллов есть особый ряд - галогены. Эти атомы получили свое название за особые свойства, которые они проявляют в химических взаимодействиях. К ним относятся:

• йод;
• хлор;
• бром;
• фтор.

Хлор и фтор - это ядовитые газы, обладающие сильной окислительной способностью. Йод при нормальных условиях представляет собой кристаллическое вещество темно-фиолетового цвета с выраженным металлическим блеском. Проявляет свойства восстановителя. А как выглядит четвертый галоген? Каковы свойства брома, образуемые им соединения и характеристики как элемента, и как простого вещества? Попробуем разобраться.

Бром: общая характеристика элемента

Как частица периодической системы, бром занимает ячейку под порядковым номером 35. Соответственно, в составе его ядра 35 протонов, а электронная оболочка вмещает такое же количество электронов. Конфигурация внешнего слоя: 4s²p⁵.

Располагается в VII группе, главной подгруппе, входит в состав галогенов - особой по свойствам группы химических элементов. Всего известно около 28 различных изотопных разновидностей данного атома. Массовые числа варьируются от 67 до 94. Устойчивых и стабильных, а также преобладающих по процентному содержанию в природе известно два:

• бром ⁷⁹ - его 51%;
• бром ⁸¹ - его 49%.
  

Средняя атомная масса элемента равна 79,904 единицы. Степень окисления брома варьируется от -1 до +7. Проявляет сильные окислительные свойства, однако уступает в них хлору и фтору, превосходя йод.

История открытия

Открыт данный элемент был позже своих коллег по подгруппе. К тому моменту уже было известно о хлоре и йоде. Кто же совершил это открытие? Можно назвать сразу три имени, так как именно столько ученых практически одновременно сумели синтезировать новый элемент, оказавшийся впоследствии рассматриваемым атомом. Эти имена:

• Антуан Жером Балар.
• Карл Левиг.
• Юстус Либих.

Однако официальным "отцом" считается именно Балар, так как он первым не только получил и описал, но и отправил на научную конференцию химиков новое вещество, представляющее собой неизведанный элемент.

Антуан Балар занимался исследованием состава морской соли. Проводя над ней многочисленные химические опыты, он в один из дней пропускал через раствор хлор и увидел, что образуется какое-то желтое соединение. Приняв это за продукт взаимодействия хлора и йода в растворе, он стал дальше исследовать полученный продукт. Подверг следующим обработкам:

• воздействовал эфиром;
• вымочил в гидроксиде калия;
• обработал пиролюзитом;
• выдержал в сернокислой среде.

В результате он получил летучую буровато-красную жидкость с неприятным запахом. Это и был бром. Затем он провел тщательное исследование физических и химических характеристик этого вещества. После отправил доклад о нем, описал свойства брома. Название, которое Балар дал элементу, было мурид, однако оно не прижилось.

Сегодняшнее общепринятое имя этого атома бром, что в переводе с латыни означает "вонючий", "зловонный". Это вполне подтверждается свойствами его простого вещества. Год открытия элемента - 1825.

Возможные степени окисления брома

Таковых можно назвать несколько. Ведь, благодаря своей электронной конфигурации, бром может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства, с явным преобладанием первых. Всего можно выделить пять возможных вариантов:

• -1 - низшая степень окисления брома;
• +1;
• +2;
• +3;
• +5;
• +7.

В природе встречаются только те соединения, в составе которых элемент в отрицательном значении. +7 - максимальная степень окисления брома. Ее он проявляет в составе бромной кислоты HBrO₄ и ее солей броматов (NaBrO₄). Вообще данная степень окисления брома встречается крайне редко, так же как и +2. А вот соединения с -1; +3 и +5 - очень распространенные и имеют значение не только в химической промышленности, но и в медицине, технике и других отраслях хозяйства.

Бром как простое вещество

При обычных условиях рассматриваемый элемент представляет собой двухатомную молекулу, однако является не газом, а жидкостью. Очень ядовитой, дымящей на воздухе и издающей крайне неприятный запах. Даже пары в низкой концентрации способны вызывать ожоги на коже и раздражение слизистых оболочек тела. Если же превысить допустимую норму, то возможно удушье и смерть.

Химическая формула данной жидкости - Br₂. Очевидно, что символ образован от греческого названия элемента - bromos. Связь между атомами одинарная, ковалентная неполярная. Радиус атома относительно большой, поэтому бром вступает в реакции достаточно легко. Это позволяет широко использовать его в химических синтезах, часто как реактив на качественное определение органических соединений.

В виде простого вещества в природе не встречается, так как легко улетучивается в виде красновато-бурого дыма, обладающего разъедающим действием. Только в форме различных многокомпонентных систем. Степень окисления брома в соединениях различного рода зависит от того, с каким именно элементом идет реакция, то есть с каким веществом.

Физические свойства

Данные характеристики можно выразить несколькими пунктами.

1. Растворимость в воде - средняя, но лучше, чем у других галогенов. Насыщенный раствор называют бромной водой, она имеет красновато-бурый цвет.
2. Температура кипения жидкости - +59,2 ⁰С.
3. Температура плавления -7,25 ⁰С.
4. Запах - резкий, неприятный, удушливый.
5. Цвет - красновато-бурый.
6. Агрегатное состояние простого вещества - тяжелая (с высокой плотностью), густая жидкость.
7. Электроотрицательность по шкале Поллинга - 2,8.

Данные характеристики сказываются на способах получения данного соединения, а так же налагают обязательства для соблюдения крайней осторожности при работе с ним.

Химические свойства брома

С точки зрения химии, бром ведет себя двояко. Проявляет и окислительные, и восстановительные свойства. Как и все другие элементы, принимать электроны он способен от металлов и менее электроотрицательных неметаллов. Восстановителем же он является с сильными окислителями, такими как:

• кислород;
• фтор;
• хлор;
• некоторые кислоты.

Естественно, что и степень окисления брома при этом варьируется от -1 до +7. С чем же конкретно способен вступать в реакции рассматриваемый элемент?

1. С водой - в результате образуется смесь кислот (бромоводородная и бромноватистая).
2. С различными йодидами, так как бром способен вытеснять йод из его солей.
3. Со всеми неметаллами напрямую, кроме кислорода, углерода, азота и благородных газов.
4. Почти со всеми металлами как сильный окислитель. Со многими веществами даже с воспламенением.
5. В реакциях ОВР бром часто содействует окислению соединений. Например, сера и сульфиты превращаются в сульфат-ионы, йодиды в йод, как простое вещество.
6. С щелочами с образованием бромидов, броматов или гипоброматов.

Особое значение имеют химические свойства брома, когда он входит в состав кислот и солей, им образованных. В этом виде очень сильны его свойства, как окислителя. Гораздо ярче выражены, чем у простого вещества.

Получение

То, что рассматриваемое нами вещество важное и значимое с точки зрения химии, подтверждает факт его ежегодной добычи в количестве 550 тысяч тонн. Страны-лидеры по этим показателям:

• США.
• Китай.
• Израиль.

Промышленный способ добычи свободного брома основан на обработке соляных растворов озер, скважин, морей. Из них выделяется соль нужного элемента, которая переводится в подкисленную форму. Ее пропускают через мощный поток воздуха или водяного пара. Таким образом, формируется газообразный бром. Затем обрабатывают его кальцинированной содой и получают смесь натриевых солей - бромидов и броматов. Их растворы подкисляют и на выходе имеют свободное жидкое вещество.

Лабораторные способы синтеза основаны на вытеснении брома из его солей хлором, как более сильным галогеном.

Нахождение в природе

В чистом виде рассматриваемое нами вещество в природе не встречается, так как это дымящая на воздухе легколетучая жидкость. В основном входит в состав соединений, в которых проявляется минимальная степень окисления брома -1. Это соли бромоводородной кислоты - бромиды. Очень много этого элемента сопровождает природные соли хлора - сильвины, карналлиты и прочие.

Минералы самого брома были открыты позже, чем он сам. Самых распространенных из них три:

• эмболит - смесь хлора и брома с серебром;
• бромаргинит;
• бромсильвинит - смесь калия, магния и брома со связанной водой (кристаллогидрат).

Также данный элемент входит обязательно в состав живых организмов. Его недостаток приводит к возникновению различных заболеваний нервной системы, расстройств, нарушению сна и ухудшению памяти. В более худших случаях грозит бесплодием. Рыбы, морские обитатели способны накапливать бром в значительных количествах в виде солей.

В земной коре массовое содержание его достигает 0,0021%. Много содержит морская вода и в целом гидросфера Земли.

Соединения брома с низшей степенью окисления

Какая степень окисления у брома в его соединениях с металлами и водородом? Самая низшая, которая возможна для данного элемента - минус один. Именно эти соединения и представляют самый большой практический интерес для человека.

1. HBr - бромоводород (газ), или бромоводородная кислота. В газообразном агрегатном состоянии не имеет цвета, однако очень резко и неприятно пахнет, сильно дымит. Обладает разъедающим действием на слизистые оболочки тела. Хорошо растворяется в воде, формируя кислоту. Она, в свою очередь, относится к сильным электролитам, является хорошим восстановителем. Легко переходит в свободный бром при действии серной, азотной кислот и кислорода. Промышленное значение имеет как источник бромид-иона для образования солей с катионами металлов.
2. Бромиды - соли вышеуказанной кислоты, в которых степень окисления брома так же равна -1. Практический интерес представляют: LiBr и KBr.
3. Соединения органической природы, содержащие бромид-ион.

Соединения с высшей степенью окисления

К таковым относится несколько основных веществ. Степень окисления высшая брома равна +7, значит в этих соединениях он как раз ее и должен проявлять.

1. Бромная кислота - HBrO₄. Самая сильная из всех известных для данного элемента кислот, однако при этом и самая устойчивая к атакам сильных восстановителей. Это объясняется особым геометрическим строением молекулы, которая в пространстве имеет форму тетраэдра.
2. Перброматы - соли выше обозначенной кислоты. Для них так же характерна максимальная степень окисления брома. Они являются сильными окислителями, благодаря чему и находят применение в химической промышленности. Примеры: NaBrO₄, KBrO₄.

Применение брома и его соединений

Можно обозначить несколько областей, в которых бром и его соединения находят непосредственное применение.

1. Производство красителей.
2. Для изготовления фотоматериалов.
3. В качестве лекарственных средств в медицине (соли брома).
4. В автомобильной промышленности, а именно как добавка в бензины.
5. Используют как пропитку для понижения уровня воспламеняемости некоторых органических материалов.
6. При изготовлении буровых растворов.
7. В сельском хозяйстве при изготовлении защитных от насекомых опрыскивателей.
8. В качестве дезинфектора и обеззараживателя, в том числе, для воды.

Биологическое действие на организм

Как избыток, так и недостаток брома в организме имеют весьма неприятные последствия.

Еще Павлов первым определил влияние этого элемента на живых существ. Опыты на животных доказали, что длительное недополучение ионов брома приводит к:

• нарушению работы нервной системы;
• расстройству половой функции;
• выкидышам и бесплодию;
• уменьшению роста;
• снижению уровня гемоглобина;
• бессоннице и так далее.

Избыточное накапливание в органах и тканях приводит к подавлению работы головного и спинного мозга, различным наружным заболеваниям кожи.