Реферат по теме: Бром удивительный галоген
 Скачать 169.12 Kb.
|
| РЕФЕРАТ По теме: Бром – удивительный галоген Выполнил ученик 8 «а» класса 359 школы Гордон Михаил Учитель: Терентьева Е.В. Cанкт-Петербург 2010 Содержание Введение Химия интересовала меня всегда. В этом году у нас начались уроки по этому предмету, которые вызвали у меня большой интерес. Моё внимание привлек единственный жидкий при комнатной температуре неметалл – бром. Я начал собирать материал об этом веществе. Мне очень захотелось заглянуть в «тайную жизнь» этого элемента. Мои исследования, которые раскрыли его свойства, являются целью моей работы. Для успешного изучения были поставлены следующие задачи: рассмотреть его свойства, получение, применение и роль в организме человека. Характеристика химического элемента БРОМ (от греч. bromos - зловоние; название связано с неприятным запахом брома; лат. Bromum) Br, хим. элемент VII гр. периодической системы, атомный номер 35, атомная масса 79,904; относится к галогенам. Природный бром состоит из стабильных изотопов 79Вr (50,56%) и 81Вr (49,44%). Конфигурация внешней электронной оболочки 4S 24Р 5; степени окисления — 1 (бромиды), + 1 (гипобромиты), + 3 (бромиты), + 5 (броматы) и + 7 (перброматы). Молекула брома двухатомна (в парах обнаружены молекулы Вr4), длина связи в молекуле 0,228 нм; энергия диссоциации 190,0 кДж/моль, степень диссоциации 0,16% при 800°С и 18,3% при 1284°С.  Строение атома брома Физические свойства Простое вещество Бром – единственный неметалл, жидкий при комнатной температуре. Простое вещество представляет собой тяжелую красно-бурую жидкость с неприятным запахом (плотность при 20° C – 3,1 г/см3, температура кипения +59,82° C), пары брома имеют желто-бурый цвет. При температуре –7,25° C бром затвердевает, превращаясь в красно-коричневые игольчатые кристаллы со слабым металлическим блеском. В твердом, жидком и газообразном состоянии бром существует в виде двухатомных молекул Br2, заметная диссоциация на атомы начинается только при 800° C, диссоциация происходит и под действием света. Твердый бром - красно-коричневые игольчатые кристаллы со слабым металлическим блеском, которые при — 252 °С становятся бесцветными. Плотность, твердого брома 4,073 г/см3 ( — 7,3 °С), жидкого - 3,1055 г/см3 (25°С). Бром растворим в воде (3,58 г в 100 г при 20 °С), в присутствии хлоридов и особенно бромидов растворимость повышается, а в присутствии сульфатов понижается; ниже 5,84°С из водных растворов осаждаются гранатово-красные кристаллы октагидрата. Растворимость воды в жидком броме составляет 0,05% по массе. В водных растворах бром частично гидролизуется: Вг2 + Н2О = НВг- + НВrO. Насыщенный водный раствор брома в воде называется бромной водой. В концентрированной серной (H2SO4) и фосфорной (Н3РО4) килотах бром растворяется слабо. В растворах щелочей на холоду образует бромид и гипобромид соответствующего металла, а при повышенных температурах - бромид и бромат. Бром смешивается во всех отношениях с большинством органических растворителей. История открытия Вплотную к открытию брома практически одновременно подошли сразу трое ученых, но официально признанным первооткрывателем суждено было стать только одному из них.В 1825 молодой французский химик Антуан Жером Балар (Antoine-Jérôme Balard), работавший препаратором в Фармакологической школе при университете небольшого южного городка Монпелье, приступил к своим первым самостоятельным научным исследованиям. С древнейших времен Монпелье был знаменит своими соляными промыслами. Для добычи соли на берегу моря вырывали бассейны и заполняли их морской водой. После того, как под действием солнечных лучей вода испарялась, выпавшие кристаллы соли вычерпывали, а оставшийся маточный раствор (рапу) возвращали обратно в море. Руководитель Балара, профессор Жозеф Англада (Joseph Anglada), поручил ему изучить химический состав сливаемого рассола и прибрежных морских водорослей. Действуя на рапу различными реактивами, Болар заметил, что при пропускании через нее хлора раствор приобретает интенсивный желтый цвет. Аналогично окрашивал хлор и щелочной экстракт золы водорослей. Вначале Балар предположил, что наблюдаемая окраска вызвана присутствием в исследуемых образцах иода, который, реагируя с хлором, и образует неизвестное вещество. Для начала он экстрагировал его последовательно эфиром и водным гидроксидом калия. Обработав полученный щелочной раствор пиролюзитом (MnO2) в сернокислой среде, Балар выделил неприятно пахнущую красно-бурую жидкость и попробовал разделить ее на составные части. Когда все попытки не принесли результата, стало ясно, что это новый элемент. Определив плотность и температуру кипения жидкости, а также изучив ее важнейшие химические свойства, 30 ноября 1825 Балар отправил доклад о своих опытах в Парижскую академию наук. В нем, в частности, для нового элемента было предложено название «мурид» (от латинского слова «muria» – рассол). Для проверки сообщения была назначена комиссия из трех химиков: Луи Вокелена (Louis Nicolas Vauquelin), Луи Тенара (Louis Jacques Thénard) и Жозефа Гей-Люссака. Повторив описанные эксперименты, они подтвердили выводы Балара, но название «мурид» признали неудачным, т.к. что соляная кислота называлась тогда acidum muriaticum – муриевой (от гипотетического элемента мурия), а ее соли – муриатами и употребление столь похожих названий «мурид» и «мурий» могло вызвать недоразумения. В России название «бром» утвердилось не сразу, в течение долгого времени для элемента № 35 использовались названия «вром», «мурид», и «вромид». Позднее выяснилось, что впервые элементарный бром получил не Балар а студент известного немецкого химика Леопольда Гмелина Карл Левиг (Carl Jacob Löwig, Leopold Gmelin), который в 1825 в Гейдельбергском университете выделил его из воды источника в Крейцнахе. Пока он приготовлял большее количество препарата для исследования, появилось сообщение Балара. Вплотную к открытию брома подошел и знаменитый немецкий химик Юстус Любих, точно так же, как и Балар, принявший его за соединение хлора и иода. Можно сказать, что открытие брома лежало на поверхности, и французский химик Шарль Жерар (Charles Frédéric Gerhardt) сказал даже, что «Не Балар открыл бром, а бром открыл Балара». Химические свойства Элементный бром является сильным окислителем, он непосредственно реагирует почти со всеми неметаллами (за исключением инертных газов, кислорода, азота и углерода) и многими металлами, эти реакции зачастую сопровождаются воспламенением (например, с фосфором, сурьмой, оловом): 2S + Br2 = S2Br2 2P + 3Br2 = 2PBr3; PBr3 + Br2 = 2PBr5 2Al + 3Br2 = 2AlBr3 Ni + Br2 = NiBr2 Многие металлы медленно реагируют с безводным бромом из-за образования на их поверхности пленки бромида, нерастворимого в броме. Из металлов наиболее устойчивы к действию брома (даже при повышенных температурах и в присутствии влаги) серебро, свинец, платина и тантал. Золото, в отличие от платины, легко реагирует с ним, образуя AuBr3. В водной среде бром окисляет нитриты до нитратов, аммиак до азота, иодиды до свободного йода, серу и сульфиты до серной кислоты: 2NH3 + 6Br2 = N2+ 6HBr 3Br2 + S + 4H2O = 6HBr + H2SO4 Бром умеренно растворим в воде (3,58 г в 100 г при 20° C), при охлаждении этого раствора до 6° C из него выпадают гранатово-красные кристаллы клатратного гидрата брома состава 6Br2·46H2O. Растворимость брома существенно возрастает при добавлении бромидов за счет образования прочных комплексных соединений: KBr + Br2 = KBr3 В водном растворе брома («бромной воде») существует равновесие между молекулярным бромом, бромид-ионом и оксокислотами брома: Br2 + H2O = HBr + HBrO В насыщенном растворе бром диссоциирован на 0,85%, в 0,001-молярном – на 17%. При хранении бромной воды на свету она постепенно разлагается с выделением кислорода из-за фотолиза бромноватистой кислоты: 2HOBr + hv = 2HBr + O2  При взаимодействии брома с растворами щелочей образуются соответствующие бромиды и гипобромиты (при низкой температуре) или броматы: Br2 + 2NaOH = NaBr + NaBrO + H2O (при t < 0° C) 3Br2 + 6NaOH = 5NaBr + NaBrO3 + 3H2O Вследствие высокой химической активности брома, для его транспортировки используются цистерны с внутренней свинцовой или никелевой обкладкой. Малые объемы брома хранят в стеклянной посуде. С О2 и N2 бром непосредственно не реагирует даже при повышенных температурах, его нестойкие соединения с этими элементами (Вr2О, ВгО2, Br3O8, NBr3*6NH3) получают косвенными методами. Бром не реагирует также с углеродом. При взаимодействии с серой (S, селеном (Se), теллуром (Те),фосфором (Р), мышьяком (As) и сурьмой (Sb) образуются соответствующие бромиды: S2Br2, РВr3, РВr5, неустойчивые SeBr4 и Se2Br2, TeBr4, AsBr3, SbBr3. Бор и кремний образуют с бромом при нагревании ВВг3 и SiBr4. Некоторые металлы (например, калий (K), алюминий (Al)) энергично взаимодействуют с сухим бромом, но в большинстве случаев из-за образования на поверхности защитной пленки бромида, нерастворимого в броме, реакция энергично идет только в присутствии воды, растворяющей пленку. Стойки к действию брома платина (Pt) и тантал (Та), в меньшей степени – серебром (Ag), свинцом (Pb) и титаном (Ti). С Н2 при нагревании бром образует бромистый водород. Бром - сильный окислитель. Из реакций брома с органическими соединениями наиболее характерны присоединение по кратным связям и замещение водорода (обычно в присутствии катализатора или при действии света). Идентификация Качественно бром обнаруживают по красно-фиолетовому окрашиванию фуксина, розовому - эозина, желтому - слоя орг. р-рителя (напр., СС14), а также р-цией с флуоресцеином. Количественный анализ осуществляют иодометрически, аргентометрически, меркуриметрически, а также потенциометрич. титрованием. Нахождение в природе В природе бром почти всегда встречается вместе с хлором в виде изоморфной примеси в природных хлоридах (до 3% в сильвине KCl и карналлите KCl·MgCl2·6H2O). Собственные минералы брома: бромаргирит AgBr, бромсильвинит KMgBr3·6H2O и эмболит Ag(Br, Cl) – встречаются редко и промышленного значения не имеют. Они были открыты гораздо позже элементарного брома (бромаргирит – в Мексике, в 1841). Кларк (среднее содержание в земной коре) брома в земной коре составляет 2,1·10–4%. Содержание брома в земной коре 1,6*10-4 % по массе (1015-1016 т). Собственно минералы бромаргирит AgBr и эмболит Ag (Cl, Br) редки. Бром находится в природе в рассеянном состоянии, являясь постоянным спутником хлора. Соли брома легко выщелачиваются и накапливаются в морской воде (0,065% по массе), рассолах соляных озер (до 0,2%) и в подземных рассолах (до 0,1%), обычно связанных с соляными и нефтяными месторождениями. В виде изоморфной примеси бром содержится в поваренной соли NaCl (0,005-0,03% по массе), сильвине КС1 (0,02-0,1%), карналлите КМgС13*6Н2О (0,1-0,39), бишофите MgCl2* 6H 2OБольшое количество брома содержится в гидросфере Земли (около 3/4 от имеющегося в земной коре): в океанах (6,6·10–3%), соляных озерах, подземных рассолах и грунтовых водах. Наибольшая концентрация растворенных бромидов – около 6 мг/л – отмечена в воде Мертвого моря, а общее количество брома в нем оценивается в 1 млрд. тонн. Вместе с брызгами соленой воды соединения брома попадают в атмосферу. Бром есть и в живых организмах. Получение брома Промышленное производство брома началось в 1865 на базе Страссфуртского соляного месторождения в Германии, двумя годами позже бром стали добывать в США, в штате Вирджиния. В 1924 на борту судна «Этила» была продемонстрирована возможность добычи брома из морской воды, а в 1934 организовано промышленное производство, основанное на этом методе. В России первый бромный завод был построен в 1917 на соляном озере Сакское. Все промышленные способы получения брома из соляных растворов основаны на его вытеснении хлором из бромидов: MgBr2 + Cl2 = MgCl2 + Br2 При получении брома методом выдувания исходное сырье (рапу соляных озер, попутные воды нефтяных скважин, морскую воду) подкисляют серной кислотой до pH»3,5 и обрабатывают избыточным количеством хлора. Затем рассол, содержащий растворенный бром, подают в верхнюю часть колонны, заполненной небольшими керамическими кольцами. Раствор стекает по кольцам, а навстречу ему продувают мощную струю воздуха, при этом бром переходит в газовую фазу. Бромовоздушную смесь пропускают через раствор карбоната натрия: 3Na2CO3 + 3Br2 = 5NaBr + NaBrO3 + 3CO2 Для выделения брома из полученной смеси бромида и бромата натрия, ее подкисляют серной кислотой: 5NaBr + NaBrO3 + 3H2SO4 = 3Na2SO4 + 3Br2 + 3H2O Если содержание бромидов в исходном сырье достаточно велико, то вместо воздуха экономически выгоднее использовать водяной пар. Другие предложенные способы извлечения брома из хлорированного рассола: экстракция углеводородами или адсорбция ионообменными смолами – не получили широкого распространения. Часть используемых в промышленности растворов бромидов (в США до 35%) отправляют на повторную переработку с целью получения дополнительных количеств брома. Применение брома и его соединений Первым известным применением соединений брома было производство пурпурного красителя. Его добывали еще во втором тысячелетии до нашей эры из моллюсков вида «мурекс», накапливающих бром из морской воды. Процесс извлечения красителя был очень трудоемок (из 8000 моллюсков можно получить всего 1 грамм пурпура) и позволить себе носить окрашенную им одежду могли только очень богатые люди. В древнем Риме носить ее могли только представители высшей власти, поэтому он получил название «королевский пурпур». Структуру действующего начала этого красителя установили только во второй половине 19 в., им оказалось соединение брома – 6,6"– диброминдиго. Бромпроизводные индиго, синтезируемые искусственно, используются для окрашивания тканей (в основном, хлопковых) и сейчас. В XIX в. главными областями использования соединений брома были фотография и медицина. Бромид серебра AgBr стал применяться как светочувствительный материал около 1840. Современные фотоматериалы на основе AgBr позволяют делать снимки с выдержкой 10–7 секунды. Для изготовления фотопленки на основе бромида серебра, эта соль синтезируется в водном растворе желатина, при этом выпавшие кристаллики AgBr равномерно распределяются по всему объему раствора. После застывания желатина образуется тонкодисперсная суспензия, которую тонким слоем (толщиной от 2 до 20 мкм) равномерно наносят на поверхность носителя – прозрачной пленки, изготовленной из ацетата целлюлозы. В каждом квадратном сантиметре полученного слоя содержится несколько сот миллионов зерен бромида серебра, окруженных желатиновой пленкой. При попадании света на такую фотопленку происходит фотолитическое разложение AgBr: AgBr + hv = Ag + Br Протеканию в фотоэмульсии обратного процесса – окисления серебра бромом, препятствует желатина. Фотолиз приводит к образованию в микрокристаллах AgBr групп атомов серебра с размерами 10–7–10–8 см, так называемых центров скрытого изображения. Для получения видимого изображения бромид серебра на засвеченных участках восстанавливают до металлического серебра. Центры скрытого изображения катализируют (ускоряют) реакцию восстановления и позволяют провести ее, практически не затронув неосвещенных кристалликов AgBr. После растворения оставшегося бромида серебра на фотопленке получается черно-белое изображение (негатив), устойчивое к действию света. Для создания позитивного изображения нужно повторить процесс, освещая (обычно) фотобумагу через пленку, на которой с негативным изображением. Соли брома оказались очень эффективными лекарственными средствами для лечения многих нервных болезней. Использование KBr в медицине в качестве седативного (успокоительного) и противосудорожного средства при лечении эпилепсии началось в 1857. В то время водные растворы бромида калия и натрия были известны под общим названием «бром». В течение долгого времени механизм действия препаратов брома оставался неизвестным, считалось, что бромиды уменьшают возбудимость, действуя аналогично снотворным. Лишь в 1910 один из учеников Павлова П.М.Никифоровский экспериментально показал, что бромиды усиливают процессы торможения в центральной нервной системе. Сейчас бромиды натрия и калия практически вышли из употребления при лечении нервных заболеваний. Они были вытеснены более эффективными броморганическими препаратами. В начале XX века открылась новая область применения брома. С распространением автомобилей появилась нужда в больших количествах дешевого бензина, вместе с тем существующая в то время нефтяная промышленность не могла производить требуемые объемы высокооктанового горючего. Для улучшения качества топлива – уменьшения его способности к детонации в двигателе – в 1921 американский инженер Томас Мидгли (Thomas Midgley) предложил вводить в бензин дополнительный компонент – тетраэтилсвинец (Pb(C2H5)4, ТЭС). Эта добавка оказалась очень эффективной, но при ее использовании возникла новая проблема – отложения свинца в двигателях. Чтобы избежать их образования, ТЭС растворяют в бромуглеводородах – 1,2 -дибромэтане (BrCH2CH2Br) и этилбромиде (C2H5Br), полученная смесь получила название «этиловая жидкость». Механизм ее действия заключается в том, что при совместном сгорании бромуглеводородов и ТЭС образуются летучие бромиды свинца, которые выносятся из двигателя вместе с выхлопными газами. В середине прошлого века на производство этиловой жидкости расходовалась большая часть производимого брома – 75% в 1963. Сейчас использование этиловой жидкости не соответствует современным требованиям экологической безопасности и ее мировое производство сокращается: в России, например, доля этилированного (содержащего этиловую жидкость) бензина в общем объеме автомобильного топлива составляла в 1995 более 50%, а в 2002 – 0,4%. В России использование ТЭС запрещено с 2003, а в некоторых регионах – ещё раньше (в Москве – с 1993). Теперь основной областью использования брома является производство антипиренов (от 40% мирового потребления брома). Антипирены – вещества, защищающие материалы органического происхождения от воспламенения. Их используют для пропитки тканей, изделий из древесины и пластмасс, производства негорючих красок. В качестве антипиренов применяются, в основном, ароматические бромпроизводные: дибромстирол, тетрабромфталевый ангидрид, декабромдифенилоксид, 2,4,6-трибромфенол и другие. Бромхлорметан используется в качестве наполнителя огнетушителей, предназначенных для тушения электропроводки. Значительная часть брома (в США – 24%) в форме бромидов кальция, натрия и цинка расходуется для изготовления буровых растворов, которые закачивают в скважины для увеличения объема добытой нефти. До 12% брома идет на синтез пестицидов и инсектицидов, используемых в сельском хозяйстве и для защиты деревянных изделий (метилбромид). Элементный бром и его соединения применяются в процессах водоочистки и водоподготовки. Бром иногда используют для мягкой дезинфекции воды в бассейнах при повышенной чувствительности к хлору. На эти цели расходуется 7% производимого брома. Около 17% брома расходуется на производство фотографических материалов, фармацевтических препаратов и высококачественной резины (бромбутилкаучука). Органические соединения брома применяют для ингаляционного наркоза (галотан – 1,1,1-трифтор-2-хлор-2-бромэтан, CF3CHBrCl), в качестве обезболивающих, успокоительных, антигистаминных и антибактериальных препаратов, при лечении язвенных болезней, эпилепсии, сердечно-сосудистых заболеваний. Изотоп брома с атомной массой 82 находит применение в медицине при лечении опухолей и при изучении поведения бромсодержащих препаратов в организме. Также со времен Первой Мировой войны бром используется для производства боевых отравляющих веществ. Биологическая роль брома и его соединений «Знаете что, Андрей Ильич? Попробуйте-ка на минуточку лечь спать да хватим на ночь ложечку-другую брому. Оно полезно в вашем настроении, а вреда все равно никакого не будет» А.И. Куприн «Молох» Бром в живых организмах Содержание брома в живой фитомассе составляет 1,6·10–4%. В человеческом теле средняя концентрация брома составляет около 3,7 мг/кг, большая часть его сосредоточена в мозге, печени, крови и почках. Среди неорганических анионов, входящих в состав крови бромид-ион занимает пятое место по количеству после хлорида, гидрокарбоната, фосфата и сульфата; его концентрация в плазме крови находится в пределах 20–150 мкмоль/л. Некоторые животные, грибы и растения (прежде всего бобовые), способны накапливать бром, особенно много его в морских рыбах и водорослях. Бром - постоянная составная часть тканей животных и растений. Наземные растения содержат в среднем 7·10-4% Брома на сырое вещество, животные ~1·10-4%. Бром найден в различных секретах (слезах, слюне, поте, молоке, желчи). В крови здорового человека содержание Брома колеблется от 0,11 до 2,00 мг %. С помощью радиоактивного Брома (82Вr) установлено избирательное поглощение его щитовидной железой, мозговым слоем почек и гипофизом. Введенные в организм животных и человека бромиды усиливают концентрацию процессов торможения в коре головного мозга, содействуют нормализации состояния нервной системы, пострадавшей от перенапряжения тормозного процесса. Бром в организме человека Содержание брома в организме человека (масса тела 70 кг) составляет 260 мг, таким образом массовая доля составляет 10-4 – 10-5%. Бром находится в крови, мозге, печени, почках. Больше всего его в мозге. В гипофизе (придаток мозга) брома в 25–50 раз больше, чем в крови, и в 15–20 раз больше, чем в печени. Физиолог И.П.Павлов сказал: «Человечество должно быть счастливо тем, что располагает таким драгоценным для нервной системы препаратом, как бром». При нервных заболеваниях количество брома в крови и мозге снижается. Бромиды, широко используемые как лекарственные средства, при поступлении в организм распадаются с выделением ионов брома, которые не подавляют процессы возбуждения, а усиливают процессы торможения, т. е. способствуют восстановлению правильного соотношения этих процессов в головном мозге. В этом и заключается целительное действие препаратов брома на нервную систему. Физиологическая роль брома и его соединений в нашем организме проявляется также и в его действии на щитовидную железу. Для образования гормонов щитовидной железы необходим йод. Ионы же брома, поступая в организм в течение длительного времени, препятствуют накоплению в щитовидной железе ионов йода и тем самым угнетают ее деятельность. Бром поступает в организм главным образом с пищевыми продуктами растительного происхождения, а также при употреблении бромосодержащих минеральных вод. Чем меньше хлоридов и других солей содержит такая вода, тем отчетливее проявляется действие брома на организм человека. С пищей ежедневно поступает 0,8–24 мг, и 1/5 часть его накапливается в организме человека. Особенности работы с бромом При работе с бромом следует пользоваться защитной спецодеждой, противогазом, перчатками. ПДК паров брома 0,5 мг/м3. Уже при содержании брома в воздухе в концентрации около 0,001% (по объему) наблюдается раздражение слизистых оболочек, головокружение, а при более высоких концентрациях — спазмы дыхательных путей, удушье. При попадании в организм токсическая доза составляет 3 г, летальная — от 35 г. При отравлении парами брома пострадавшего нужно немедленно вывести на свежий воздух, для восстановления дыхания можно на небольшое время пользоваться тампоном, смоченным нашатырным спиртом, на короткое время периодически поднося его к носу пострадавшего. Дальнейшее лечение должно проводиться под наблюдением врача. Жидкий бром при попадании на кожу вызывает болезненные ожоги. Из-за высокой химической активности и ядовитости, как паров брома, так и жидкого брома его следует хранить в стеклянной, плотно укупоренной толстостенной посуде. Склянки с бромом располагают в емкостях с песком, который предохраняет склянки от разрушения при встряхивании. Из-за высокой плотности брома склянки с ним ни в коем случае нельзя брать только за горло (горло может оторваться, и тогда ядовитая жидкость окажется на полу). Для нейтрализации пролитого брома поверхность с ним надо немедленно покрыть кашицей из влажной соды Na2CO3. Заключение Работая над этим рефератом, я узнал много интересного об одном из представителей семейства галогенов – броме. Хотя массовая доля брома в организме человека невелика, он играет очень важную роль в процессах жизнедеятельности. Области применения этого вещества многогранны. Я предполагаю, что не все достоинства брома мною выявлены и изучены. Но значение брома в медицине изучено не полностью. В будущем мне хотелось бы подробнее изучить соединения этого элемента. Интернет-ресурсы При создании работы использованы материалы сайтов:
Список литературы
|