البروم: التاريخ ، الهيكل ، تكوين الإلكترون ، الخصائص ، الاستخدامات - كيمياء - 2026

و البروم هو عنصر اللافلزية ينتمون إلى مجموعة الهالوجينات، مجموعة ال 17 (السابع-أ) من الجدول الدوري. رمزه الكيميائي هو Br. يظهر كجزيء ثنائي الذرة ، ترتبط ذراته برابطة تساهمية ، وهذا هو سبب تعيين الصيغة الجزيئية لها Br ₂.

على عكس الفلور والكلور ، فإن البروم في الظروف الأرضية ليس غازًا ولكنه سائل بني محمر (الصورة أدناه). إنه يدخن ، وهو مع الزئبق ، العناصر السائلة الوحيدة. تحته ، يمكن أن يتبلور اليود إلى مادة صلبة متطايرة ، على الرغم من أنه يكثف لونه ويتحول إلى اللون الأرجواني.

قارورة مع البروم السائل النقي. المصدر: صور عالية الدقة للعناصر الكيميائية

تم اكتشاف البروم بشكل مستقل في عام 1825 من قبل كارل لوفيج ، الذي كان يدرس تحت إشراف الكيميائي الألماني ليوبولد جملين. وفي عام 1826 على يد الكيميائي الفرنسي أنطوان جيروم بالارد. ومع ذلك ، فإن نشر نتائج Balard التجريبية سبقت نشر Löwig.

البروم هو العنصر 62 الأكثر وفرة على الأرض ، ويتم توزيعه بتركيزات منخفضة في جميع أنحاء قشرة الأرض. في البحر ، متوسط ​​التركيز 65 جزء في المليون. يحتوي جسم الإنسان على 0.0004٪ بروم ، وظيفته غير معروفة بشكل قاطع.

يتم استغلال هذا العنصر تجاريًا في المحاليل الملحية أو الأماكن التي تكون ، بسبب ظروف خاصة ، أماكن ذات تركيز عالٍ من الأملاح ؛ على سبيل المثال ، البحر الميت ، الذي تتلاقى فيه مياه المناطق المجاورة ، مشبع بالأملاح.

إنه عنصر تآكل قادر على مهاجمة المعادن ، مثل البلاتين والبلاديوم. يمكن للبروم ، المذاب في الماء ، أن يمارس تأثيره المسبب للتآكل على الأنسجة البشرية ، مما يؤدي إلى تفاقم الوضع لأن حمض الهيدروبروميك يمكن أن يتولد. فيما يتعلق بسميته ، فإنه يمكن أن يسبب أضرارًا كبيرة للأعضاء ، مثل الكبد والكلى والرئتين والمعدة.

البروم ضار جدًا في الغلاف الجوي ، حيث إنه أكثر تدميرًا لطبقة الأوزون 40-100 مرة من الكلور. ينتج نصف فقدان طبقة الأوزون في أنتاركتيكا عن تفاعلات متعلقة بالبروموميثيل ، وهو مركب يستخدم كمبخر.

له استخدامات عديدة ، مثل: مثبط الحريق ، عامل التبييض ، مطهر الأسطح ، مادة مضافة للوقود ، وسيط في تصنيع المسكنات ، في تصنيع المواد الكيميائية العضوية ، إلخ.

التاريخ

عمل كارل لوفيج

تم اكتشاف البروم بشكل مستقل وفي نفس الوقت تقريبًا بواسطة كارل جاكوب لوفيج ، الكيميائي الألماني في عام 1825 ، وأنطوان بالارد ، الكيميائي الفرنسي في عام 1826.

قام Carl Löwig ، تلميذ الكيميائي الألماني Leopold Gmelin ، بجمع المياه من نبع في Bad Kreuznach وإضافة الكلور إليها ؛ بعد إضافة الأثير ، يقلب الخليط السائل.

ثم يتم تقطير الأثير وتركيزه بالتبخر. ونتيجة لذلك حصل على مادة بنية ضاربة إلى الحمرة وهي البروم.

عمل أنطوان بالارد

من جانبه ، استخدم بالارد الرماد من الطحالب البنية المعروفة باسم الفوكوس وخلطها بالمحلول الملحي المستخرج من المسطحات الملحية في مونبلييه. وهكذا أطلق البروم عن طريق تمرير الكلور عبر المادة المائية الخاضعة للاستخراج ، والتي يوجد فيها بروميد المغنيسيوم ، MgBr ₂.

بعد ذلك ، تم تقطير المادة في وجود ثاني أكسيد المنجنيز وحمض الكبريتيك ، مما أدى إلى إنتاج أبخرة حمراء تتكثف في سائل داكن. اعتقد بالارد أنه عنصر جديد وأطلق عليه اسم Muride ، مشتق من الكلمة اللاتينية muria ، والتي تم تعيين محلول ملحي بها.

تم الإبلاغ عن أن Balard غير الاسم من muride إلى brôme بناءً على اقتراح Anglada أو Gay-Lussac ، بناءً على حقيقة أن كلمة brôme تعني كريهة ، والتي تحدد رائحة العنصر المكتشف.

تم نشر النتائج من قبل Belard في Annales of Chemie and Physique ، قبل أن ينشر Löwig كتابه.

فقط من عام 1858 فصاعدًا ، أصبح من الممكن إنتاج البروم بكميات كبيرة ؛ في العام الذي تم فيه اكتشاف واستغلال رواسب الملح في ستاسفورت ، مما أدى إلى إنتاج البروم كمنتج ثانوي للبوتاس.

التركيب والتكوين الإلكتروني للبروم

مركب

جزيء Br2. المصدر: Benjah-bmm27.

توضح الصورة أعلاه جزيء البروم ، Br ₂ ، بنمط تعبئة مضغوط. في الواقع ، هناك رابطة تساهمية واحدة بين ذرتي البروم ، Br-Br.

نظرًا لكونه جزيءًا متجانسًا وثنائي الذرة ، فإنه يفتقر إلى عزم ثنائي القطب الدائم ويمكنه فقط التفاعل مع الآخرين من نفس النوع عن طريق قوى تشتت لندن.

هذا هو سبب دخان سائلها المحمر. في جزيئات Br ₂ ، على الرغم من أنها ثقيلة نسبيًا ، إلا أن قوىها بين الجزيئات تربطها ببعضها البعض بشكل فضفاض.

البروم أقل كهرسلبية من الكلور ، وبالتالي يكون له تأثير أقل جاذبية على الإلكترونات في قذائف التكافؤ. ونتيجة لذلك ، يتطلب الأمر طاقة أقل للسفر في مستويات طاقة أعلى ، وامتصاص الفوتونات الخضراء ، وعكس لون ضارب إلى الحمرة.

بلورات

هيكل بلوري البروم. المصدر: بن ميلز.

في الطور الغازي ، تنفصل جزيئات Br ₂ بشكل كبير حتى لا توجد تفاعلات فعالة بينها. ومع ذلك ، تحت نقطة الانصهار ، يمكن أن يتجمد البروم إلى بلورات معينية معوية حمراء (الصورة العلوية).

ملاحظة كيف أن الأخ ₂ جزيئات مرتبة في مثل بطريقة منظمة أنها تبدو وكأنها "الديدان البروم." هنا ، وفي درجات الحرارة هذه (T <-7.2 درجة مئوية) ، تكون قوى التشتت كافية بحيث لا تؤدي اهتزازات الجزيئات إلى انهيار البلورة على الفور ؛ ولكن مع ذلك ، سوف يتصاعد العديد منهم باستمرار.

طبقة التكافؤ وحالات الأكسدة

التكوين الإلكتروني للبروم هو:

3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁵

كونها 3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁵ غلاف التكافؤ (على الرغم من أن المدار ثلاثي الأبعاد ¹⁰ لا يلعب دورًا رائدًا في تفاعلاته الكيميائية). الإلكترونات في المدارات 4s و 4p هي الأبعد ، ويبلغ مجموعها 7 ، على بعد إلكترون واحد فقط من إكمال ثماني بتات التكافؤ.

من هذا التكوين ، يمكن استنتاج حالات الأكسدة المحتملة للبروم: -1 ، إذا اكتسب إلكترونًا ليكون متساويًا إلكترونيًا مع الكريبتون ؛ +1 ، ترك 3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁴ ؛ +3 و +4 و +5 ، تفقد جميع الإلكترونات من مدار 4p (3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁰) ؛ و +7 ، مع عدم ترك أي إلكترونات في مدار 4 ثوانٍ (3d ¹⁰ 4s ⁰ 4p ⁰).

الخصائص

مظهر جسماني

سائل دخان بني محمر داكن. يوجد في الطبيعة كجزيء ثنائي الذرة ، حيث ترتبط الذرات برابطة تساهمية. البروم سائل أكثر كثافة من الماء ويغرق فيه.

الوزن الذري

79.904 جم / مول.

العدد الذري

35.

رائحة

دخان لاذع وخانق ومزعج.

نقطة الانصهار

-7.2 درجة مئوية.

نقطة الغليان

58.8 درجة مئوية.

الكثافة (Br

3.1028 جم / سم ³

الذوبان في الماء

33.6 جم / لتر عند 25 درجة مئوية. ذوبان البروم في الماء منخفض ويميل إلى الزيادة مع انخفاض درجة الحرارة ؛ سلوك مشابه لسلوك الغازات الأخرى.

الذوبان

قابل للذوبان بحرية في الكحول ، الأثير ، الكلوروفورم ، رابع كلوريد الكربون ، ثاني كبريتيد الكربون ، وحمض الهيدروكلوريك المركز. قابل للذوبان في المذيبات غير القطبية وبعض المذيبات القطبية مثل الكحول وحمض الكبريتيك وفي العديد من المذيبات المهلجنة.

النقطة الثلاثية

265.9 كلفن عند 5.8 كيلو باسكال.

نقطة حرجة

588 كلفن عند 10.34 ميجا باسكال.

حرارة الانصهار (Br

10.571 كيلوجول / مول.

حرارة التبخير (Br

29.96 كيلوجول / مول.

السعة الحرارية المولية (Br

75.69 كيلوجول / مول.

ضغط البخار

عند درجة حرارة 270 كلفن ، 10 كيلو باسكال.

درجة حرارة الاشتعال الذاتي

غير قابل للاشتعال.

نقطة الاشتعال

113 درجة مئوية.

درجة حرارة التخزين

من 2 إلى 8 درجات مئوية.

التوتر السطحي

40.9 مليون نيوتن / متر عند 25 درجة مئوية.

عتبة الرائحة

0.05 - 3.5 جزء في المليون. 0.39 مجم / م ³

معامل الانكسار (ηD)

1.6083 عند 20 درجة مئوية ، و 1.6478 عند 25 درجة مئوية.

كهرسلبية

2.96 على مقياس بولينج.

طاقة التأين

- المستوى الأول: 1،139.9 كيلوجول / مول.

- المستوى الثاني: 2103 كيلوجول / مول.

- المستوى الثالث: 3470 كيلوجول / مول.

راديو ذري

120 م.

نصف القطر التساهمي

120.3 مساءً.

راديو فان دير فال

185 م.

التفاعلية

إنه أقل تفاعلًا من الكلور ، ولكنه أكثر تفاعلًا من اليود. وهو عامل مؤكسد أقل قوة من الكلور وأقوى من اليود. كما أنه عامل اختزال أضعف من اليود ، ولكنه أقوى من الكلور.

يعتبر بخار الكلور شديد التآكل للعديد من المواد والأنسجة البشرية. يهاجم العديد من العناصر المعدنية ، بما في ذلك البلاتين والبلاديوم ؛ لكنه لا يهاجم الرصاص والنيكل والمغنيسيوم والحديد والزنك وتحت 300 درجة مئوية ولا الصوديوم.

يخضع البروم في الماء لتغيير ويتحول إلى بروميد. يمكن أن يوجد أيضًا على شكل برومات (BrO ₃ ^-) ، اعتمادًا على الرقم الهيدروجيني للسائل.

بسبب تأثيره المؤكسد ، يمكن أن يؤدي البروم إلى إطلاق الجذور الحرة للأكسجين. هذه مؤكسدات قوية ويمكن أن تسبب تلف الأنسجة. أيضًا ، يمكن أن يشتعل البروم تلقائيًا عند دمجه مع البوتاسيوم أو الفوسفور أو القصدير.

التطبيقات

مضافات البنزين

تم استخدام ثنائي بروميد الإيثيلين لإزالة رواسب الرصاص المحتملة من محركات السيارات. بعد احتراق البنزين ، الذي يستخدم الرصاص كمادة مضافة ، يتحد البروم مع الرصاص لتكوين بروميد الرصاص ، وهو غاز متطاير يتم طرده عبر أنبوب العادم.

على الرغم من أن البروم يزيل الرصاص من البنزين ، إلا أن تأثيره المدمر على طبقة الأوزون كان قوياً للغاية ، ولهذا السبب تم التخلص منه لهذا التطبيق.

مبيدات حشرية

تم استخدام بروميد الميثيلين أو برومو ميثيل كمبيد آفات لتنقية التربة ، وخاصة للقضاء على النيماتودا الطفيلية ، مثل الدودة الشصية.

ومع ذلك ، فقد تم التخلص من استخدام معظم المركبات المحتوية على البروم بسبب تأثيرها المدمر على طبقة الأوزون.

التحكم في انبعاثات الزئبق

يستخدم البروم في بعض المصانع لتقليل انبعاث الزئبق ، وهو معدن شديد السمية.

التصوير

يستخدم بروميد الفضة ، بالإضافة إلى يوديد الفضة وكلوريد الفضة ، كمركب حساس للضوء في مستحلبات التصوير.

الإجراءات العلاجية

تم استخدام بروميد البوتاسيوم ، وكذلك بروميد الليثيوم ، كمهدئات عامة في القرن التاسع عشر وأوائل القرن العشرين. لا تزال البروميدات على شكل أملاح بسيطة تستخدم في بعض البلدان كمضادات للاختلاج.

ومع ذلك ، فإن إدارة الغذاء والدواء الأمريكية لا توافق على استخدام البروم لعلاج أي مرض اليوم.

الحرائق

يتحول البروم عن طريق اللهب إلى حمض الهيدروبروميك ، والذي يتداخل مع تفاعل الأكسدة الذي يحدث أثناء الحريق ، ويسبب انقراضه. تستخدم البوليمرات المحتوية على البروم لصنع راتنجات مقاومة للحريق.

المضافات الغذائية

تم إضافة آثار من برومات البوتاسيوم إلى الدقيق لتحسين الطهي.

الكواشف والمواد الكيميائية الوسيطة

يستخدم بروميد الهيدروجين كعامل اختزال ومحفز للتفاعلات العضوية. يستخدم البروم كمادة كيميائية وسيطة في صناعة الأدوية والسوائل الهيدروليكية وعوامل التبريد ومزيلات الرطوبة وفي مستحضرات تموج الشعر.

كما يستخدم في إنتاج سوائل حفر الآبار ، ومنتجات تطهير المياه ، وعوامل التبييض ، ومطهرات الأسطح ، والملونات ، والمواد المضافة للوقود ، إلخ.

العمل البيولوجي

تشير دراسة أجريت في عام 2014 إلى أن البروم هو عامل مساعد ضروري للتخليق الحيوي للكولاجين الرابع ، مما يجعل البروم عنصرًا أساسيًا لتنمية الأنسجة الحيوانية. ومع ذلك ، لا توجد معلومات حول عواقب نقص عنصر.

أين هو موقعه

يُستخرج البروم تجارياً من مناجم الملح العميقة وحفر محلول ملحي وجدت في ولاية أركنساس ، وفي بحيرة سولت ليك في يوتا ، وكلاهما في الولايات المتحدة. يحتوي هذا المحلول الملحي الأخير على تركيز بروم بنسبة 0.5٪.

لاستخراج البروم ، يضاف الكلور الغازي الساخن إلى المحلول الملحي ، لأكسدة أيونات البروميد في المحلول ، وتجميع عنصر البروم.

البحر الميت ، على الحدود بين الأردن وإسرائيل ، هو بحر مغلق تحت مستوى سطح البحر ، مما يجعله يحتوي على نسبة عالية جدًا من الأملاح.

يتم الحصول على البروم والبوتاس هناك تجاريًا ، عن طريق تبخير المياه المالحة العالية من البحر الميت. يمكن أن يصل تركيز البروم في هذا البحر إلى 5 جم / لتر.

كما يوجد بتركيزات عالية في بعض الينابيع الساخنة. البرومينيت ، على سبيل المثال ، هو معدن بروميد الفضة موجود في بوليفيا والمكسيك.

المخاطر

البروم في الحالة السائلة هو مادة أكالة للأنسجة البشرية. لكن الخطر الأكبر على الإنسان يأتي من أبخرة البروم واستنشاقها.

ينتج عن التنفس في بيئة تركيز البروم فيها 11-23 مجم / م ³ صدمات شديدة. تركيز 30-60 مجم / م ³ ضار للغاية. وفي الوقت نفسه ، يمكن أن يكون تركيز 200 مجم قاتلاً.

المراجع

1. رجفة وأتكينز. (2008). الكيمياء غير العضوية. (طبعة رابعة). ماك جراو هيل.
2. المركز الوطني لمعلومات التكنولوجيا الحيوية. (2019). البروم. قاعدة بيانات PubChem. CID = 23968. تم الاسترجاع من: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. روس راشيل. (8 فبراير 2017). حقائق عن البروم. تم الاسترجاع من: livesscience.com
4. ويكيبيديا. (2019). البورق. تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org
5. لينتيك بي في (2019). البروم. تم الاسترجاع من: lenntech.com