Tie, ktoré tvoria soli, časť 4 Bróm

Ďalším prvkom z rodiny halogénov je bróm. Zaberá miesto medzi chlórom a jódom (spolu tvoria podrodinu halogénov) a jeho vlastnosti sú priemerné v porovnaní so susedmi v hornej a dolnej časti skupiny. Kto si však myslí, že ide o nezaujímavý prvok, bude na omyle.

Napríklad bróm je jedinou kvapalinou medzi nekovmi a aj jeho farba zostáva jedinečná vo svete prvkov. Hlavné však je, že sa s ním dajú doma robiť zaujímavé experimenty.

- Niečo tu páchne! -

...... zvolal francúzsky chemik Joseph Gay-Lussackeď v lete 1826 z poverenia Francúzskej akadémie skontroloval správu o objave nového prvku. Jeho autor bol všeobecnejšie neznámy Antoine deti. O rok skôr tento 23-ročný lekárnik skúmal možnosť výroby jódu z pivovarníckych roztokov, ktoré zostali po kryštalizácii kamennej soli z morskej vody (metóda používaná na výrobu soli v teplých klimatických podmienkach, ako je francúzske pobrežie Stredozemného mora). Roztokom prebublával chlór a vytláčal jód z jeho soli. Prijal prvok, ale všimol si niečo iné - film žltkastej tekutiny so silným zápachom. Oddelil to a potom zlúčil. Ukázalo sa, že zvyšok je tmavohnedá kvapalina, na rozdiel od akejkoľvek známej látky. Výsledky testov Balar ukázali, že ide o nový prvok. Preto poslal správu Francúzskej akadémii a čakal na jej verdikt. Po potvrdení Balarovho objavu bol pre prvok navrhnutý názov. bróm, odvodený z gréckeho bromos, t.j. zápach, pretože zápach brómu nie je príjemný (1).

Varovanie! Zlý zápach nie je jedinou nevýhodou brómu. Tento prvok je rovnako škodlivý ako vyššie halogény a akonáhle sa dostane na kožu, zanecháva rany, ktoré sa ťažko hoja. Preto by ste v žiadnom prípade nemali dostať bróm v jeho čistej forme a vyhýbať sa vdychovaniu zápachu jeho roztoku.

prvok morskej vody

Morská voda obsahuje takmer všetok bróm, ktorý je prítomný na zemeguli. Vystavenie chlóru spôsobuje uvoľňovanie brómu, ktorý sa prchá so vzduchom používaným na fúkanie vody. V zbernej nádobe sa bróm kondenzuje a potom sa čistí destiláciou. Kvôli lacnejšej konkurencii a menšej reaktivite sa bróm používa len v prípade potreby. Mnohé použitia sú preč, ako napríklad bromid strieborný vo fotografii, olovnaté benzínové prísady a halónové hasiace prostriedky. Bróm je súčasťou bróm-zinkových batérií a jeho zlúčeniny sa používajú ako liečivá, farbivá, prísady na zníženie horľavosti plastov a prípravky na ochranu rastlín.

Chemicky sa bróm nelíši od ostatných halogénov: tvorí silnú kyselinu bromovodíkovú HBr, soli s brómovým aniónom a niektoré kyslíkaté kyseliny a ich soli.

Analytik brómu

Reakcie charakteristické pre bromidový anión sú podobné experimentom uskutočneným pre chloridy. Po pridaní roztoku dusičnanu strieborného AgNO₃ zle rozpustná zrazenina AgBr precipituje, na svetle stmavne v dôsledku fotochemického rozkladu. Zrazenina má žltkastú farbu (na rozdiel od bieleho AgCl a žltého AgI) a je zle rozpustná, keď sa pridá roztok amoniaku NH._3aq (čo ho odlišuje od AgCl, ktorý je za týchto podmienok vysoko rozpustný) (2). 

2. Porovnanie farieb halogenidov striebra - nižšie vidíte ich rozpad po vystavení svetlu.

Najjednoduchší spôsob detekcie bromidov je ich oxidácia a stanovenie prítomnosti voľného brómu. Na test budete potrebovať: bromid draselný KBr, manganistan draselný KMnO₄, roztok kyseliny sírovej (VI) H₂SO₄ a organické rozpúšťadlo (napr. riedidlo farieb). Nalejte malé množstvo roztokov KBr a KMnO do skúmavky.₄a potom pár kvapiek kys. Obsah okamžite zožltne (pôvodne bol fialový z pridaného manganistanu draselného):

2KM₄ +10KBr +8H₂S4 -> 2MnSO₄ + 6 tisíc₂SO₄ +5Br₂ + 8H₂O Pridať zobrazovanie

3. Bróm extrahovaný z vodnej vrstvy (spodná časť) zafarbí vrstvu organického rozpúšťadla do červenohneda (hore).

rozpúšťadla a pretrepte injekčnú liekovku, aby sa obsah premiešal. Po odlepení uvidíte, že organická vrstva nabrala hnedočervenú farbu. Bróm sa lepšie rozpúšťa v nepolárnych kvapalinách a prechádza z vody do rozpúšťadla. Pozorovaný jav ťažba (3). 

Brómová voda doma

brómová voda je vodný roztok získaný priemyselne rozpustením brómu vo vode (asi 3,6 g brómu na 100 g vody). Je to činidlo používané ako mierne oxidačné činidlo a na detekciu nenasýtenej povahy organických zlúčenín. Voľný bróm je však nebezpečná látka a okrem toho je brómová voda nestabilná (bróm sa z roztoku vyparuje a reaguje s vodou). Preto je najlepšie to trochu obísť a okamžite použiť na experimenty.

Už ste sa naučili prvú metódu detekcie bromidov: oxidáciu vedúcu k tvorbe voľného brómu. Tentoraz pridajte niekoľko kvapiek H do roztoku bromidu draselného KBr v banke.₂SO₄ a časť peroxidu vodíka (3% H₂O₂ používa sa ako dezinfekčný prostriedok). Po chvíli zmes zožltne:

2KBr+H₂O₂ +H₂SO₄ →K₂SO₄ + Br₂ + 2H₂O

Takto získaná brómová voda je znečistená, ale X je jediným problémom.₂O₂. Preto sa musí odstrániť pomocou oxidu manganičitého MnO.₂ktorý rozloží prebytočný peroxid vodíka. Najjednoduchší spôsob získania zlúčeniny je z jednorazových článkov (označených ako R03, R06), kde je vo forme tmavej hmoty vypĺňajúcej zinkový pohár. Vložte štipku hmoty do banky a po reakcii zlejte supernatant a činidlo je pripravené.

Ďalšou metódou je elektrolýza vodného roztoku KBr. Na získanie relatívne čistého roztoku brómu je potrebné postaviť membránový elektrolyzér, t.j. kadičku stačí rozdeliť vhodným kúskom kartónu (takto znížite miešanie produktov reakcie na elektródach). Ako pozitívna elektróda sa použije grafitová tyčinka odobratá z článku 3 na jedno použitie uvedeného vyššie a ako negatívna elektróda sa použije obyčajný klinec. Zdrojom energie je gombíková batéria 4,5 V. Nalejte roztok KBr do kadičky, vložte elektródy s pripojenými vodičmi a pripojte batériu k vodičom. V blízkosti kladnej elektródy roztok zožltne (toto je vaša brómová voda) a na zápornej elektróde sa vytvoria vodíkové bubliny (4). Nad pohárom je cítiť silný zápach brómu. Natiahnite roztok injekčnou striekačkou alebo pipetou.

4. Podomácky vyrobený membránový článok vľavo a ten istý článok pri výrobe brómovej vody (vpravo). Činidlo sa hromadí okolo kladnej elektródy; na zápornej elektróde sú viditeľné vodíkové bubliny.

Brómovú vodu môžete krátkodobo skladovať v tesne uzavretej nádobe, chránenej pred svetlom a na chladnom mieste, ale je lepšie ju hneď vyskúšať. Ak ste vyrobili škrobové jódové papieriky podľa receptu z druhej časti cyklu, dajte na papier kvapku brómovej vody. Okamžite sa objaví tmavá škvrna, ktorá signalizuje tvorbu voľného jódu:

2KI + Br.₂ → i₂ + KVg

Tak ako sa bróm získava z morskej vody vytesnením z bromidov silnejším oxidačným činidlom (), tak bróm vytláča jód slabšie ako z jodidov (samozrejme, že chlór vytlačí aj jód).

Ak nemáte škrobový jódový papierik, nalejte do skúmavky roztok jodidu draselného a pridajte pár kvapiek brómovej vody. Roztok stmavne a keď sa pridá indikátor škrobu (suspenzia zemiakovej múky vo vode), zmení sa na tmavomodrý - výsledok indikuje výskyt voľného jódu (5). 

5. Detekcia brómu. Hore - škrobový jódový papier, pod - roztok jodidu draselného s indikátorom škrobu (vľavo - reakčné činidlá, vpravo - výsledok miešania roztokov).

Dva kuchynské pokusy.

Z množstva pokusov s brómovou vodou navrhujem dva, na ktoré budete potrebovať činidlá z kuchyne. V prvom vytiahnite fľašu repkového oleja,

7. Reakcia brómovej vody s rastlinným olejom. Je viditeľná vrchná vrstva oleja (vľavo) a spodná vrstva vody zafarbená brómom pred reakciou (vľavo). Po reakcii (vpravo) sa vodná vrstva odfarbila.

slnečnicový alebo olivový olej. Nalejte malé množstvo rastlinného oleja do skúmavky s brómovou vodou a pretrepte obsah, aby sa činidlá dobre premiešali. Keď sa labilná emulzia rozpadne, olej bude navrchu (menej hustý ako voda) a brómová voda na dne. Vodná vrstva však stratila žltkastú farbu. Tento efekt „zakazuje“ vodný roztok a využíva ho na reakciu so zložkami oleja (6). 

Rastlinný olej obsahuje pomerne veľa nenasýtených mastných kyselín (v kombinácii s glycerínom vytvárajú tuky). Atómy brómu sú naviazané na dvojité väzby v molekulách týchto kyselín, čím vznikajú zodpovedajúce deriváty brómu. Zmena farby brómovej vody naznačuje, že v testovanej vzorke sú prítomné nenasýtené organické zlúčeniny, t.j. zlúčeniny, ktoré majú dvojité alebo trojité väzby medzi atómami uhlíka (7). 

Na druhý kuchynský pokus si pripravte sódu bikarbónu, teda hydrogénuhličitan sodný, NaHCO.₃a dva cukry – glukózu a fruktózu. Sódu a glukózu si môžete kúpiť v obchode s potravinami a fruktózu v kiosku pre diabetikov alebo v obchode so zdravou výživou. Glukóza a fruktóza tvoria sacharózu, ktorá je bežným cukrom. Okrem toho majú veľmi podobné vlastnosti a majú rovnaký celkový vzorec, a ak by to nestačilo, ľahko prechádzajú do seba. Je pravda, že sú medzi nimi rozdiely: fruktóza je sladšia ako glukóza a v roztoku otáča rovinu svetla opačným smerom. Na identifikáciu však použijete rozdiel v chemickej štruktúre: glukóza je aldehyd a fruktóza je ketón.

7. Reakcia adície brómu na väzbu

Možno si pamätáte, že redukujúce cukry sa identifikujú pomocou testov Trommer a Tollens. Vonkajší pohľad na tehlové ložisko Cu₂O (v prvom pokuse) alebo strieborné zrkadlo (v druhom) indikuje prítomnosť redukujúcich zlúčenín, ako sú aldehydy.

Tieto pokusy však nerozlišujú medzi glukózoaldehydom a fruktózovým ketónom, pretože fruktóza rýchlo zmení svoju štruktúru v reakčnom médiu a zmení sa na glukózu. Potrebné je riedšie činidlo.

Halogény ako 

Existuje skupina chemických zlúčenín, ktoré sú svojimi vlastnosťami podobné podobným zlúčeninám. Tvoria kyseliny všeobecného vzorca HX a soli s mononegatívnymi aniónmi X–, pričom tieto kyseliny nevznikajú z oxidov. Príkladmi takýchto pseudohalogénov sú jedovatá kyselina kyanovodíková HCN a neškodný tiokyanát HSCN. Niektoré z nich dokonca tvoria dvojatómové molekuly, ako napríklad kyanogén (CN).₂.

Tu vstupuje do hry brómová voda. Pripravte roztoky: glukózu s prídavkom NaHCO₃ a fruktóza, tiež s prídavkom sódy bikarbóny. Nalejte pripravený roztok glukózy do jednej skúmavky s brómovou vodou a roztok fruktózy do druhej, tiež s brómovou vodou. Rozdiel je jasne viditeľný: brómová voda sa pôsobením roztoku glukózy odfarbila a fruktóza nespôsobila žiadne zmeny. Tieto dva cukry sa dajú rozlíšiť len v mierne zásaditom prostredí (zabezpečenom hydrogénuhličitanom sodným) a s miernym oxidačným činidlom, teda brómovou vodou. Použitie silne alkalického roztoku (nevyhnutného pre Trommerov a Tollensov test) spôsobuje rýchlu premenu jedného cukru na druhý a zmenu farby brómovej vody aj fruktózou. Ak to chcete vedieť, zopakujte test s použitím hydroxidu sodného namiesto sódy bikarbóny.