Бромная вода — свойства и применение раствора в химии, биологии и медицине

Бромная вода - удивительное вещество с уникальными свойствами, которое широко применяется в химии, биологии и медицине. Давайте познакомимся поближе с этим загадочным раствором и его возможностями.

История открытия и получения бромной воды

Впервые бромную воду получил в 1826 году французский ученый Антуан Балар. Он выделил бром из морских водорослей и назвал полученную темно-бурую жидкость "муридом" (от латинского "рассол").

Однако еще раньше, в 1825 году, немецкий студент Карл Левиг с помощью хлора выделил бром из минеральных источников Кройцнаха. Пока Левиг собирал достаточно материала для исследований, опередил его француз Балар, заявивший о своем открытии.

Из-за спора двух ученых о приоритете открытия брома комиссия Парижской академии наук отклонила предложенное Баларом название "мурид" и дала элементу имя "brome" (от греческого "зловонный") из-за его неприятного запаха.

Существует два основных способа получения бромной воды:

1. Механический - при смешивании элементарного брома и воды (например, 1 мл Br2 + 250 мл H2O).
2. Электрохимический - электролиз водного раствора бромида натрия.

Первый способ проще реализовать в лабораторных условиях, но сопряжен с риском отравления испарениями. Второй более безопасен и позволяет получать раствор в промышленных масштабах.

Для приготовления бромной воды используют специальное оборудование: дозаторы, реакторы, фильтры, химически стойкую посуду из темного стекла. Работу проводят в вытяжном шкафу из-за токсичности брома.

Химический состав и строение молекулы

В состав бромной воды входят:

• Бром (Br2) - основной компонент
• Вода (H2O) - растворитель
• Соляная кислота (HCl) - продукт взаимодействия Br2 и H2O
• Бромноватистая кислота (HBrO) - образуется при частичном окислении бромид-ионов

Структурные формулы этих веществ:

В насыщенном водном растворе массовая доля брома составляет около 3,5%. Присутствие бромидов увеличивает растворимость за счет образования комплексов.

Реакция взаимодействия брома и воды протекает в несколько стадий:

1. Br₂ + H₂O → HBr + HBrO
2. 2HBrO → 2HBr + O₂
3. HBrO + HBr → Br₂ + H₂O

Атом брома имеет следующее строение:

• Порядковый номер: 35
• Массовое число: 79,9
• Число протонов: 35
• Число нейтронов: 45
• Число электронов: 35
• Электронная формула: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁵

Молекула брома состоит из двух атомов, соединенных ковалентной связью. Это единственный жидкий при комнатной температуре неметалл.

Наличие примесей в бромной воде (кислот, броматов) влияет на ее свойства и условия хранения.

Таким образом, мы вкратце рассмотрели химический состав и строение этого интересного вещества. Далее перейдем к изучению его удивительных физико-химических характеристик.

Физико-химические свойства

Бромная вода представляет собой вязкую жидкость от желто-оранжевого до красно-коричневого цвета. Она обладает резким неприятным запахом, характерным для брома.

Растворимость брома в воде при 20°C составляет около 3,5 г на 100 г воды. Повышенная концентрация достигается за счет добавления бромидов.

Температура плавления чистого брома -7,2°C, температура кипения 59°C. Бромная вода не замерзает даже при -20°C.

Плотность раствора составляет около 3,1 г/см3, что значительно выше плотности воды.

Химические реакции

Бромная вода - сильный окислитель. Она энергично реагирует с металлами, фенолами, непредельными органическими соединениями.

В щелочной среде бромная вода окисляет ионы марганца, хрома, железа, никеля до высших степеней окисления:

• 3Br₂ + 2Cr³⁺ → 2CrBr₄^- + 3Br^-
• 10Br₂ + 6Fe²⁺ → 2FeBr₄^2- + 8Br^- + 2Fe³⁺

C непредельными углеводородами происходит реакция присоединения с обесцвечиванием раствора. Например:

• Br₂ + CH₂=CH₂ → BrCH₂-CH₂Br
• 2Br₂ + CH≡CH → BrCHBr-CBr₂H

Взаимодействие с кислотами и щелочами

Под действием сильных кислот бромноватистая кислота разлагается с выделением брома:

2HBrO → Br₂ + 2H₂O

Щелочи ускоряют окисление бромид-ионов до бромноватистой кислоты:

Br^- + 2OH^- → HBrO + H₂O

Условия хранения

Из-за наличия нестабильных соединений бромную воду хранят в темноте в плотно закрытых сосудах из темного стекла. При освещении происходит разложение с выделением брома и кислорода.

Применение бромной воды

Уникальные окислительные и бромирующие свойства бромной воды определяют сферы ее практического применения.

Аналитическая химия

Важнейшее назначение бромной воды - идентификация непредельных органических соединений. При взаимодействии с алкенами и алкинами раствор обесцвечивается:

• Бромная вода + этилен → Бесцветный раствор
• Бромная вода + ацетилен → Бесцветный раствор

Эта реакция широко используется в лабораториях для определения структуры веществ.