Те, что образуют соли, часть 4 Бром

Еще одним элементом из семейства галогенов является бром. Он занимает место между хлором и йодом (вместе с ними образуя подсемейство галогенов), а его свойства являются средними по сравнению с соседями вверху и внизу группы. Однако тот, кто подумает, что это неинтересный элемент, ошибется.

Например, бром — единственная жидкость среди неметаллов, и его цвет также остается уникальным в мире элементов. Главное, однако, что с ним можно проводить интересные эксперименты в домашних условиях.

– Что-то здесь плохо пахнет! –

……воскликнул французский химик Джозеф Гей-Люссаккогда летом 1826 г. по поручению Французской академии он проверил отчет об открытии нового элемента. Его автор был более широко неизвестен Антуан Балар. Годом ранее этот 23-летний аптекарь исследовал возможность получения йода из пивоваренных растворов, оставшихся после кристаллизации каменной соли из морской воды (этот метод используется для получения соли в регионах с теплым климатом, например на французского побережья Средиземного моря). Через раствор пузырился хлор, вытесняя йод из его соли. Он получил элемент, но заметил еще кое-что – пленку желтоватой жидкости с сильным запахом. Он отделил его, а затем слил. Остаток оказался темно-коричневой жидкостью, не похожей ни на одно известное вещество. Результаты испытаний Балара показали, что это новый элемент. Поэтому он отправил доклад во Французскую академию и стал ждать ее вердикта. После того, как открытие Балара было подтверждено, для элемента было предложено название бром, производное от греческого bromos, т.е. смрад, потому что запах брома не приятен (1).

Внимание! Плохой запах — не единственный недостаток брома. Этот элемент столь же вреден, как и высшие галогены, и, попав на кожу, оставляет трудно заживающие раны. Поэтому ни в коем случае нельзя получать бром в чистом виде и избегать вдыхания запаха его раствора.

Элемент морской воды

Морская вода содержит почти весь бром, который присутствует на земном шаре. Воздействие на нее хлора вызывает выделение брома, который улетучивается с воздухом, используемым для обдува воды. В ресивере бром конденсируется, а затем очищается перегонкой. Из-за более дешевой конкуренции и меньшей реакционной способности бром используется только при необходимости. Многие виды использования ушли в прошлое, например, бромид серебра в фотографии, добавки к этилированному бензину и галоновые огнетушащие вещества. Бром входит в состав бромно-цинковых аккумуляторов, а его соединения используются в качестве лекарств, красителей, добавок для снижения горючести пластмасс и средств защиты растений.

В химическом отношении бром не отличается от других галогенов: образует крепкую бромистоводородную кислоту HBr, соли с анионом бром и некоторыми кислородными кислотами и их солями.

Бромный аналитик

Реакции, характерные для бромид-аниона, сходны с опытами, проведенными для хлоридов. После добавления раствора азотнокислого серебра AgNO₃ выпадает малорастворимый осадок AgBr, темнеющий на свету вследствие фотохимического разложения. Осадок имеет желтоватый цвет (в отличие от белого AgCl и желтого AgI) и плохо растворяется при добавлении раствора NH аммиака._3aq (что отличает его от хорошо растворимого в этих условиях AgCl) (2). 

2. Сравнение цветов галогенидов серебра – внизу виден их распад после воздействия света.

Самый простой способ обнаружить бромиды — это их окисление и определение присутствия свободного брома. Для теста вам потребуются: бромистый калий KBr, перманганат калия KMnO₄, раствор серной кислоты (VI) H₂SO₄ и органический растворитель (например, растворитель для краски). В пробирку налейте небольшое количество растворов KBr и KMnO.₄а затем несколько капель кислоты. Содержимое сразу становится желтоватым (изначально было фиолетовым от добавленной марганцовки):

2КМно₄ +10KBr +8H₂SO4 → 2MnSO₄ + 6 тыс.₂SO₄ +5Br₂ + 8H₂О Добавить порцию

3. Бром, извлеченный из водного слоя (внизу), окрашивает слой органического растворителя в красно-коричневый цвет (вверху).

растворителя и встряхните пробирку, чтобы содержимое перемешалось. После отслоения вы увидите, что органический слой приобрел коричневато-красный цвет. Бром лучше растворяется в неполярных жидкостях и переходит из воды в растворитель. Наблюдаемое явление добыча (3). 

Бромная вода в домашних условиях

бромная вода представляет собой водный раствор, полученный промышленным способом путем растворения брома в воде (около 3,6 г брома в 100 г воды). Это реагент, используемый в качестве мягкого окислителя и для обнаружения ненасыщенной природы органических соединений. Однако свободный бром — опасное вещество, к тому же бромная вода нестабильна (бром испаряется из раствора и реагирует с водой). Поэтому лучше всего обзавестись им небольшим обходным путем и сразу использовать для экспериментов.

Вы уже изучили первый метод обнаружения бромидов: окисление, ведущее к образованию свободного брома. На этот раз добавьте несколько капель H в раствор бромида калия KBr в колбе.₂SO₄ и часть перекиси водорода (3% H₂O₂ используется как дезинфицирующее средство). Через некоторое время смесь приобретает желтоватый цвет:

2KBr+H₂O₂ +H₂SO₄ →K₂SO₄ + Br₂ + 2H₂O

Полученная таким образом бромная вода загрязняется, но беспокоит только Х.₂O₂. Поэтому его необходимо удалить диоксидом марганца MnO.₂который будет разлагать избыток перекиси водорода. Легче всего получить компаунд из одноразовых ячеек (обозначенных как R03, R06), где он находится в виде темной массы, заполняющей цинковый стаканчик. Поместите щепотку массы в колбу, а после реакции слейте надосадочную жидкость, и реактив готов.

Другой метод – электролиз водного раствора KBr. Для получения относительно чистого раствора брома нужно соорудить диафрагменный электролизер, т.е. просто разделить стакан подходящим куском картона (так вы уменьшите перемешивание продуктов реакции на электродах). В качестве положительного электрода будет использоваться графитовая палочка, взятая из одноразовой ячейки 3, отмеченной выше, а в качестве отрицательного – обычный гвоздь. Источником питания является плоская батарея на 4,5 В. Налейте раствор KBr в химический стакан, вставьте электроды с присоединенными проводами и подключите батарею к проводам. Возле положительного электрода раствор пожелтеет (это ваша бромная вода), а на отрицательном электроде образуются пузырьки водорода (4). Над стаканом ощущается резкий запах брома. Наберите раствор шприцем или пипеткой.

4. Самодельная диафрагменная ячейка слева и такая же ячейка в производстве бромной воды (справа). Реагент накапливается вокруг положительного электрода; на отрицательном электроде видны пузырьки водорода.

Хранить бромную воду недолго можно в плотно закрытой посуде, защищенной от света и в прохладном месте, но лучше сразу попробовать. Если вы делали йодокрахмальные бумаги по рецепту из второго раздела цикла, нанесите на бумагу каплю бромной воды. Сразу же появится темное пятно, сигнализирующее об образовании свободного йода:

2КИ + Бр.₂ → я₂ + КВг

Подобно тому как бром получают из морской воды путем вытеснения его из бромидов более сильным окислителем (), так и бром вытесняет из йодидов более слабый, чем он, йод (конечно, хлор вытеснит и йод).

Если у вас нет йодкрахмальной бумаги, налейте раствор йодистого калия в пробирку и добавьте несколько капель бромной воды. Раствор темнеет, а при добавлении индикатора крахмала (взвесь картофельной муки в воде) окрашивается в темно-синий цвет – результат свидетельствует о появлении свободного йода (5). 

5. Обнаружение брома. Сверху – йодкрахмальной бумагой, внизу – раствором йодистого калия с крахмальным индикатором (слева – реактивы для реакции, справа – результат смешения растворов).

Два кухонных эксперимента.

Из множества опытов с бромной водой предлагаю два, для которых вам понадобятся реактивы с кухни. В первом достаньте бутылку рапсового масла,

7. Реакция бромной воды с растительным маслом. Виден верхний слой масла (слева) и нижний слой воды, окрашенный бромом до реакции (слева). После реакции (справа) водный слой обесцвечивался.

подсолнечное или оливковое масло. В пробирку с бромной водой налить небольшое количество растительного масла и встряхнуть содержимое, чтобы реактивы хорошо перемешались. По мере расслаивания лабильной эмульсии нефть будет находиться сверху (менее плотная, чем вода), а бромная вода — снизу. Однако слой воды потерял свой желтоватый цвет. Этот эффект «запрещает» водный раствор и использует его для реакции с компонентами масла (6). 

Растительное масло содержит довольно много ненасыщенных жирных кислот (соединяющихся с глицерином в жиры). Атомы брома присоединяются к двойным связям в молекулах этих кислот, образуя соответствующие производные брома. Изменение цвета бромной воды является признаком того, что в испытуемом образце присутствуют ненасыщенные органические соединения, т.е. соединения, имеющие двойные или тройные связи между атомами углерода (7). 

Для второго кухонного эксперимента приготовьте пищевую соду, то есть бикарбонат натрия, NaHCO.₃, и два сахара – глюкоза и фруктоза. Вы можете купить соду и глюкозу в продуктовом магазине, а фруктозу — в диабетическом киоске или в магазине здоровой пищи. Глюкоза и фруктоза образуют сахарозу, которая является обычным сахаром. К тому же они очень похожи по свойствам и имеют одинаковую суммарную формулу, а если этого было мало – легко переходят друг в друга. Правда, между ними есть различия: фруктоза слаще глюкозы, и в растворе она поворачивает плоскость света в другую сторону. Однако для идентификации вы будете использовать различие в химической структуре: глюкоза — это альдегид, а фруктоза — кетон.

7. Реакция присоединения брома к связыванию

Возможно, вы помните, что редуцирующие сахара идентифицируются с помощью тестов Троммера и Толленса. Внешний вид кирпичного месторождения Cu₂О (в первой попытке) или серебряное зеркало (во второй) указывает на присутствие восстанавливающих соединений, например альдегидов.

Однако эти попытки не различают альдегид глюкозы и кетон фруктозы, поскольку в реакционной среде фруктоза быстро изменит свою структуру, превратившись в глюкозу. Нужен более тонкий реагент.

Галогены как 

Существует группа химических соединений, сходных по свойствам с аналогичными соединениями. Они образуют кислоты общей формулы НХ и соли с моноотрицательными анионами Х–, причем из оксидов эти кислоты не образуются. Примерами таких псевдогалогенов являются ядовитая синильная кислота HCN и безопасный тиоцианат HSCN. Некоторые из них даже образуют двухатомные молекулы, например дициан (CN).₂.

Здесь в игру вступает бромная вода. Сделать растворы: глюкоза с добавлением NaHCO₃ и фруктоза, также с добавлением пищевой соды. В одну пробирку с бромной водой налить приготовленный раствор глюкозы, а в другую – раствор фруктозы, также с бромной водой. Разница хорошо видна: бромная вода обесцвечивалась под действием раствора глюкозы, а фруктоза не вызывала никаких изменений. Два сахара можно различить только в слабощелочной среде (обеспеченной бикарбонатом натрия) и с мягким окислителем, то есть бромной водой. Применение сильнощелочного раствора (необходимого для проб Троммера и Толленса) вызывает быстрое превращение одного сахара в другой и обесцвечивание бромной воды также фруктозой. Если вы хотите узнать, повторите тест, используя гидроксид натрия вместо пищевой соды.