โบรมีน: ประวัติโครงสร้างการกำหนดค่าอิเล็กตรอนคุณสมบัติการใช้งาน - เคมี - 2025

โบรมีนเป็นองค์ประกอบของอโลหะอยู่ในกลุ่มของฮาโลเจนกลุ่ม 17 (VIIA) ของตารางธาตุ สัญลักษณ์ทางเคมีของมันคือ Br. มันจะปรากฏเป็นโมเลกุลอะตอมสองอะตอมซึ่งอะตอมเชื่อมโยงกันด้วยพันธะโควาเลนซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงมีการกำหนดสูตรโมเลกุล Br 2

ซึ่งแตกต่างจากฟลูออรีนและคลอรีนโบรมีนในสภาพพื้นโลกไม่ใช่ก๊าซ แต่เป็นของเหลวสีน้ำตาลแดง (ภาพด้านล่าง) มันคือการรมควันและร่วมกับปรอทซึ่งเป็นองค์ประกอบของเหลวเพียงชนิดเดียว ด้านล่างไอโอดีนแม้ว่าจะทำให้สีเข้มขึ้นและเปลี่ยนเป็นสีม่วง แต่ก็สามารถตกผลึกเป็นของแข็งที่ระเหยได้

ขวดที่มีโบรมีนเหลวบริสุทธิ์ ที่มา: ภาพความละเอียดสูงขององค์ประกอบทางเคมี

โบรมีนถูกค้นพบโดยอิสระในปี พ.ศ. 2368 โดย Carl Löwigซึ่งกำลังศึกษาอยู่ภายใต้การดูแลของ Leopold Gmelin นักเคมีชาวเยอรมัน และในปีพ. ศ. 2369 โดย Antoine-Jérome Balard นักเคมีชาวฝรั่งเศส อย่างไรก็ตามการตีพิมพ์ผลการทดลองของ Balard นำหน้าของLöwig

โบรมีนเป็นองค์ประกอบที่อุดมสมบูรณ์ที่สุดอันดับที่ 62 ของโลกโดยกระจายในระดับความเข้มข้นต่ำทั่วเปลือกโลก ในทะเลมีความเข้มข้นเฉลี่ย 65 ppm ร่างกายมนุษย์มีโบรมีน 0.0004% ซึ่งยังไม่ทราบหน้าที่แน่ชัด

องค์ประกอบนี้ถูกนำไปใช้ประโยชน์ในเชิงพาณิชย์ในน้ำเกลือหรือสถานที่ซึ่งเนื่องจากเงื่อนไขพิเศษเป็นสถานที่ที่มีเกลือเข้มข้นสูง ตัวอย่างเช่นทะเลเดดซีซึ่งน้ำของดินแดนใกล้เคียงไหลมาบรรจบกันอิ่มตัวไปด้วยเกลือ

เป็นองค์ประกอบที่มีฤทธิ์กัดกร่อนที่สามารถโจมตีโลหะเช่นทองคำขาวและแพลเลเดียม โบรมีนที่ละลายในน้ำยังสามารถออกฤทธิ์กัดกร่อนเนื้อเยื่อของมนุษย์ทำให้สถานการณ์เลวร้ายลงเนื่องจากสามารถสร้างกรดไฮโดรโบรมิกได้ เกี่ยวกับความเป็นพิษอาจทำให้เกิดความเสียหายอย่างมีนัยสำคัญต่ออวัยวะเช่นตับไตปอดและกระเพาะอาหาร

โบรมีนเป็นอันตรายอย่างมากในชั้นบรรยากาศซึ่งทำลายชั้นโอโซนได้มากกว่าคลอรีนถึง 40-100 เท่า ครึ่งหนึ่งของการสูญเสียชั้นโอโซนในแอนตาร์กติกาเกิดจากปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับโบรโมเมธิลซึ่งเป็นสารประกอบที่ใช้เป็นสารรม

มีประโยชน์มากมายเช่นสารหน่วงไฟสารฟอกขาวสารฆ่าเชื้อพื้นผิวสารเติมแต่งน้ำมันเชื้อเพลิงขั้นกลางในการผลิตยากล่อมประสาทในการผลิตสารอินทรีย์เป็นต้น

ประวัติศาสตร์

ผลงานของ Carl Löwig

โบรมีนถูกค้นพบโดยอิสระและเกือบจะพร้อม ๆ กันโดย Carl Jacob Löwigนักเคมีชาวเยอรมันในปี 1825 และโดย Antoine Balard นักเคมีชาวฝรั่งเศสในปี 1826

Carl Löwigศิษย์ของ Leopold Gmelin นักเคมีชาวเยอรมันเก็บน้ำจากน้ำพุใน Bad Kreuznach และเติมคลอรีนลงไป หลังจากเติมอีเธอร์แล้วส่วนผสมของเหลวจะถูกกวน

จากนั้นอีเธอร์จะถูกกลั่นออกและทำให้เข้มข้นโดยการระเหย เป็นผลให้เขาได้รับสารสีน้ำตาลแดงซึ่งก็คือโบรมีน

งานของ Antoine Balard

สำหรับส่วนของเขา Balard ใช้ขี้เถ้าจากสาหร่ายสีน้ำตาลที่เรียกว่า fucus และผสมกับน้ำเกลือที่สกัดจากแฟลตเกลือมงต์เปลลิเยร์ ดังนั้นเขาปล่อยโบรมีนผ่านคลอรีนผ่านวัสดุน้ำภายใต้การสกัดซึ่งในโบรไมด์แมกนีเซียม MgBr ₂เป็นของขวัญ

ต่อจากนั้นวัสดุจะถูกกลั่นในที่ที่มีแมงกานีสไดออกไซด์และกรดซัลฟิวริกทำให้เกิดไอระเหยสีแดงที่ควบแน่นเป็นของเหลวสีเข้ม Balard คิดว่ามันเป็นองค์ประกอบใหม่และเรียกมันว่า muride ซึ่งมาจากคำภาษาละตินว่า muria ซึ่งมีการกำหนดน้ำเกลือ

มีรายงานว่า Balard เปลี่ยนชื่อจาก muride เป็นbrômeตามคำแนะนำของ Anglada หรือ Gay-Lussac ตามความจริงที่ว่าbrômeหมายถึงความเหม็นซึ่งกำหนดกลิ่นขององค์ประกอบที่ค้นพบ

ผลการวิจัยได้รับการตีพิมพ์โดย Belard ใน Annales of Chemie and Physique ก่อนที่Löwigจะเผยแพร่ผลงานของเขา

ตั้งแต่ปีค. ศ. 1858 เป็นต้นมาสามารถผลิตโบรมีนได้ในปริมาณที่สำคัญ ปีที่มีการค้นพบและใช้ประโยชน์จากแหล่งเกลือของ Stassfurt โดยให้โบรมีนเป็นผลพลอยได้จากแร่โปแตช

โครงสร้างและการกำหนดค่าอิเล็กตรอนของโบรมีน

อณู

โมเลกุล Br2 ที่มา: Benjah-bmm27.

ภาพด้านบนแสดงโมเลกุลโบรมีน Br _{2 ที่}มีรูปแบบการบรรจุที่กะทัดรัด ที่จริงแล้วมีพันธะโควาเลนต์เดี่ยวระหว่างโบรมีนทั้งสองอะตอมคือ Br-Br

ในฐานะที่เป็นโมเลกุลที่เป็นเนื้อเดียวกันและเป็นไดอะตอมทำให้ไม่มีโมเมนต์ไดโพลถาวรและสามารถโต้ตอบกับผู้อื่นที่มีประเภทเดียวกันได้โดยใช้กองกำลังกระจายตัวของลอนดอน

นี่คือเหตุผลว่าทำไมของเหลวสีแดงของมันจึงเป็นควัน ในโมเลกุล Br ₂แม้ว่าจะค่อนข้างหนัก แต่แรงระหว่างโมเลกุลของพวกมันจะจับพวกมันเข้าด้วยกันอย่างหลวม ๆ

โบรมีนเป็นอิเล็กโทรเนกาติวิตีน้อยกว่าคลอรีนดังนั้นจึงมีผลต่ออิเล็กตรอนในเปลือกหอยวาเลนซ์น้อยกว่า เป็นผลให้ต้องใช้พลังงานน้อยลงในการเดินทางในระดับพลังงานที่สูงขึ้นดูดซับโฟตอนสีเขียวและสะท้อนสีแดง

รัตนากร

โครงสร้างผลึกโบรมีน. ที่มา: Ben Mills

ในเฟสของแก๊สโมเลกุล Br ₂จะแยกออกจากกันอย่างมากจนกระทั่งไม่มีปฏิสัมพันธ์ที่มีประสิทธิภาพระหว่างกัน อย่างไรก็ตามภายใต้จุดหลอมเหลวโบรมีนสามารถแข็งตัวเป็นผลึกออร์โธร์ออมบิกสีแดงได้ (ภาพบนสุด)

สังเกตว่าโมเลกุลของ Br ₂ถูกจัดเรียงอย่างเป็นระเบียบจนดูเหมือน "หนอนโบรมีน" อย่างไร ที่นี่และที่อุณหภูมิเหล่านี้ (T <-7.2 ° C) แรงกระจายจะเพียงพอเพื่อให้การสั่นสะเทือนของโมเลกุลไม่ยุบคริสตัลทันที แต่ถึงกระนั้นพวกมันหลายตัวก็จะระเหิดอยู่ตลอดเวลา

ชั้นวาเลนซ์และสถานะออกซิเดชัน

การกำหนดค่าอิเล็กตรอนของโบรมีนคือ:

3 มิติ¹⁰ 4 วินาที² 4p ⁵

การเป็น 3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁵ valence shell (แม้ว่า 3d ¹⁰ออร์บิทัลจะไม่มีบทบาทนำในปฏิกิริยาทางเคมีก็ตาม) อิเล็กตรอนในวงโคจร 4s และ 4p อยู่วงนอกสุดรวมเป็น 7 อิเล็กตรอนห่างจากการเติมออกเตตเวเลนซ์

จากการกำหนดค่านี้สถานะออกซิเดชันที่เป็นไปได้สำหรับโบรมีนสามารถอนุมานได้: -1 ถ้ามันได้รับอิเล็กตรอนเป็นไอโซอิเล็กทรอนิกไปยังคริปทอน +1 ออกจาก 3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁴ ; +3, +4 และ +5 สูญเสียอิเล็กตรอนทั้งหมดจากออร์บิทัล 4p (3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁰ ); และ +7 ไม่เหลืออิเล็กตรอนในวงโคจร 4s (3d ¹⁰ 4s ⁰ 4p ⁰ )

คุณสมบัติ

ลักษณะทางกายภาพ

ของเหลวรมสีน้ำตาลแดงเข้ม พบในธรรมชาติเป็นโมเลกุลไดอะตอมโดยอะตอมเชื่อมโยงกันด้วยพันธะโคเวเลนต์ โบรมีนเป็นของเหลวที่มีความหนาแน่นมากกว่าน้ำและจมอยู่ในนั้น

น้ำหนักอะตอม

79.904 ก. / โมล.

เลขอะตอม

35

กลิ่น

ควันฉุนหายใจไม่ออกและระคายเคือง

จุดหลอมเหลว

-7.2 องศาเซลเซียส

จุดเดือด

58.8 องศาเซลเซียส

ความหนาแน่น (Br

3.1028 ก. / ซม. ³

ความสามารถในการละลายน้ำ

33.6 g / L ที่ 25 ° C ความสามารถในการละลายของโบรมีนในน้ำต่ำและมีแนวโน้มที่จะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่ลดลง พฤติกรรมคล้ายกับก๊าซอื่น ๆ

ละลาย

ละลายได้อย่างอิสระในแอลกอฮอล์อีเธอร์คลอโรฟอร์มคาร์บอนเตตระคลอไรด์คาร์บอนไดซัลไฟด์และกรดไฮโดรคลอริกเข้มข้น ละลายได้ในตัวทำละลายที่ไม่มีขั้วและมีขั้วเช่นแอลกอฮอล์กรดซัลฟิวริกและในตัวทำละลายที่มีฮาโลเจนหลายชนิด

จุดสามจุด

265.9 K ที่ 5.8 kPa.

จุดวิกฤต

588 K ที่ 10.34 MPa

ความร้อนของฟิวชัน (Br

10.571 กิโลจูล / โมล

ความร้อนของการกลายเป็นไอ (Br

29.96 กิโลจูล / โมล

ความจุความร้อนกราม (Br

75.69 กิโลจูล / โมล

ความดันไอ

ที่อุณหภูมิ 270 K, 10 kPa

อุณหภูมิจุดระเบิดอัตโนมัติ

ไม่ติดไฟ

จุดระเบิด

113 องศาเซลเซียส

อุณหภูมิในการจัดเก็บ

ตั้งแต่ 2 ถึง8ºC

แรงตึงผิว

40.9 mN / m ที่ 25 ° C

เกณฑ์กลิ่น

0.05 - 3.5 แผ่นต่อนาที 0.39 มก. / ม. ³

ดัชนีหักเห (ηD)

1.6083 ที่ 20 ° C และ 1.6478 ที่ 25 ° C

อิเล็ก

2.96 ในระดับ Pauling

พลังงานไอออไนเซชัน

- ระดับแรก: 1,139.9 kJ / mol

- ระดับที่สอง: 2,103 kJ / mol

- ระดับที่สาม: 3,470 kJ / mol

วิทยุปรมาณู

120 น.

รัศมีโควาเลนต์

120.3 น.

วิทยุ Van der Waals

185 น.

การเกิดปฏิกิริยา

มีปฏิกิริยาน้อยกว่าคลอรีน แต่มีปฏิกิริยามากกว่าไอโอดีน เป็นสารออกซิแดนท์ที่แรงน้อยกว่าคลอรีนและแรงกว่าไอโอดีน นอกจากนี้ยังเป็นสารรีดิวซ์ที่อ่อนแอกว่าไอโอดีน แต่แข็งแกร่งกว่าคลอรีน

ไอของคลอรีนมีฤทธิ์กัดกร่อนวัสดุและเนื้อเยื่อของมนุษย์อย่างมาก โจมตีธาตุโลหะจำนวนมากรวมทั้งแพลตตินั่มและแพลเลเดียม แต่ไม่โจมตีตะกั่วนิกเกิลแมกนีเซียมเหล็กสังกะสีและโซเดียมต่ำกว่า 300 ºC

โบรมีนในน้ำได้รับการเปลี่ยนแปลงและเปลี่ยนเป็นโบรไมด์ นอกจากนี้ยังสามารถดำรงอยู่เป็นโบรเมต (BrO ₃ ^- ) ขึ้นอยู่กับ pH ของของเหลว

เนื่องจากการออกซิไดซ์โบรมีนสามารถกระตุ้นการปลดปล่อยอนุมูลอิสระของออกซิเจน สารเหล่านี้เป็นสารออกซิแดนท์ที่รุนแรงและอาจทำให้เนื้อเยื่อถูกทำลายได้ นอกจากนี้โบรมีนยังสามารถติดไฟได้เองเมื่อรวมกับโพแทสเซียมฟอสฟอรัสหรือดีบุก

การประยุกต์ใช้งาน

สารเติมแต่งน้ำมันเบนซิน

เอทิลีนไดโบรไมด์ถูกใช้เพื่อขจัดคราบตะกั่วที่อาจเกิดขึ้นจากเครื่องยนต์รถยนต์ หลังจากการเผาไหม้ของน้ำมันเบนซินซึ่งใช้ตะกั่วเป็นสารเติมแต่งโบรมีนรวมกับตะกั่วในรูปแบบของตะกั่วโบรไมด์ซึ่งเป็นก๊าซระเหยที่ถูกขับออกทางท่อไอเสีย

แม้ว่าโบรมีนจะกำจัดตะกั่วออกจากน้ำมันเบนซิน แต่การทำลายชั้นโอโซนก็มีพลังมากซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงถูกทิ้งสำหรับแอปพลิเคชันนี้

สารกำจัดศัตรูพืช

เมทิลีนหรือโบรโมเมธิลโบรไมด์ถูกใช้เป็นสารกำจัดศัตรูพืชเพื่อทำให้ดินบริสุทธิ์โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการกำจัดไส้เดือนฝอยที่เป็นปรสิตเช่นพยาธิปากขอ

อย่างไรก็ตามการใช้สารประกอบที่มีโบรมีนส่วนใหญ่ถูกทิ้งไปเนื่องจากการกระทำที่ทำลายชั้นโอโซน

การควบคุมการปล่อยสารปรอท

โบรมีนถูกใช้ในพืชบางชนิดเพื่อลดการปล่อยปรอทซึ่งเป็นโลหะที่มีพิษร้ายแรง

การถ่ายภาพ

ซิลเวอร์โบรไมด์นอกเหนือจากซิลเวอร์ไอโอไดด์และซิลเวอร์คลอไรด์ยังใช้เป็นสารประกอบที่ไวต่อแสงในอิมัลชั่นถ่ายภาพ

การรักษา

โพแทสเซียมโบรไมด์เช่นเดียวกับลิเธียมโบรไมด์ถูกใช้เป็นยาระงับประสาททั่วไปในศตวรรษที่ 19 และต้นศตวรรษที่ 20 โบรไมด์ในรูปของเกลือธรรมดายังคงใช้ในบางประเทศเป็นยากันชัก

อย่างไรก็ตาม FDA ของสหรัฐอเมริกาไม่อนุมัติการใช้โบรมีนในการรักษาโรคใด ๆ ในปัจจุบัน

สารหน่วงไฟ

โบรมีนถูกเปลี่ยนโดยเปลวไฟเป็นกรดไฮโดรโบรมิกซึ่งขัดขวางปฏิกิริยาออกซิเดชั่นที่เกิดขึ้นระหว่างการเกิดเพลิงไหม้และทำให้เกิดการสูญพันธุ์ โพลีเมอร์ที่มีโบรมีนใช้ทำเรซินที่ไม่ลามไฟ

วัตถุเจือปนอาหาร

มีการเพิ่มร่องรอยของโพแทสเซียมโบรเมตลงในแป้งเพื่อปรับปรุงการปรุงอาหาร

รีเอเจนต์และสารเคมีระดับกลาง

ไฮโดรเจนโบรไมด์ใช้เป็นตัวรีดิวซ์และตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับปฏิกิริยาอินทรีย์ โบรมีนใช้เป็นตัวกลางทางเคมีในการผลิตยาของเหลวไฮดรอลิกสารทำความเย็นเครื่องลดความชื้นและในการเตรียมโบกผม

นอกจากนี้ยังพบว่ามีการใช้ในการผลิตของเหลวที่ใช้ในการขุดเจาะผลิตภัณฑ์สำหรับการฆ่าเชื้อโรคในน้ำสารฟอกขาวสารฆ่าเชื้อบนพื้นผิวสีย้อมสารเติมแต่งเชื้อเพลิง ฯลฯ

การกระทำทางชีวภาพ

การศึกษาในปี 2014 ระบุว่าโบรมีนเป็นปัจจัยร่วมที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์ทางชีวภาพของคอลลาเจน IV ซึ่งทำให้โบรมีนเป็นองค์ประกอบที่จำเป็นสำหรับการพัฒนาเนื้อเยื่อของสัตว์ อย่างไรก็ตามไม่มีข้อมูลเกี่ยวกับผลที่ตามมาของการขาดองค์ประกอบ

มันตั้งอยู่ที่ไหน

โบรมีนถูกสกัดในเชิงพาณิชย์จากเหมืองเกลือลึกและบ่อน้ำเกลือที่พบในรัฐอาร์คันซอและใน Great Salt Lake of Utah ทั้งในสหรัฐอเมริกา น้ำเกลือสุดท้ายนี้มีความเข้มข้นของโบรมีน 0.5%

ในการสกัดโบรมีนคลอรีนที่เป็นก๊าซร้อนจะถูกเติมลงในน้ำเกลือเพื่อออกซิไดซ์โบรไมด์ไอออนในสารละลายเพื่อรวบรวมธาตุโบรมีน

ทะเลเดดซีที่พรมแดนระหว่างจอร์แดนและอิสราเอลเป็นทะเลปิดที่อยู่ต่ำกว่าระดับน้ำทะเลซึ่งทำให้มีเกลือเข้มข้นสูงมาก

โบรมีนและโปแตชหาได้จากที่นั่นในเชิงพาณิชย์โดยการระเหยน้ำที่มีเกลือสูงจากทะเลเดดซี ในทะเลนี้ความเข้มข้นของโบรมีนสามารถสูงถึง 5 กรัม / ลิตร

นอกจากนี้ยังพบในน้ำพุร้อนบางแห่งที่มีความเข้มข้นสูง ตัวอย่างเช่นโบรมิไนต์เป็นแร่ซิลเวอร์โบรไมด์ที่พบในโบลิเวียและเม็กซิโก

ความเสี่ยง

โบรมีนในสภาพของเหลวมีฤทธิ์กัดกร่อนเนื้อเยื่อของมนุษย์ แต่อันตรายที่สุดสำหรับมนุษย์มาจากควันโบรมีนและการหายใจเข้าไป

การหายใจในสภาพแวดล้อมที่มีความเข้มข้นของโบรมีน 11–23 มก. / ม. ³ก่อให้เกิดการกระแทกอย่างรุนแรง ความเข้มข้น 30–60 มก. / ม. ³เป็นอันตรายอย่างยิ่ง ในขณะเดียวกันความเข้มข้น 200 มก. อาจถึงแก่ชีวิตได้

อ้างอิง

1. ตัวสั่นและแอตกินส์ (2008) เคมีอนินทรีย์. (พิมพ์ครั้งที่สี่). Mc Graw Hill
2. ศูนย์ข้อมูลเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ (2019) โบรมีน. ฐานข้อมูล PubChem CID = 23968 สืบค้นจาก: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. รอสราเชล (8 กุมภาพันธ์ 2560). ข้อเท็จจริงเกี่ยวกับโบรมีน ดึงมาจาก: livesscience.com
4. วิกิพีเดีย (2019) น้ำประสานทอง. สืบค้นจาก: en.wikipedia.org
5. Lenntech BV (2019). โบรมีน. สืบค้นจาก: lenntech.com