กรดโบรมัส (HBRO2): คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีและการใช้งาน - เคมี - 2026

กรด bromousเป็นสารอนินทรีสูตร HBrO2 กรดดังกล่าวเป็นหนึ่งในกรดออกซาซิดโบรมีนซึ่งพบได้ในสถานะออกซิเดชัน 3+ เกลือของสารประกอบนี้เรียกว่าโบรไมท์ เป็นสารประกอบที่ไม่เสถียรซึ่งไม่สามารถแยกได้ในห้องปฏิบัติการ

ความไม่เสถียรนี้ใกล้เคียงกับกรดไอโอดีนเกิดจากปฏิกิริยาการแยกส่วน (หรือการไม่ได้สัดส่วน) เพื่อสร้างกรดไฮโปโบรมัสและกรดโบรมิกดังนี้ 2HBrO ₂ → HBrO + HBrO _3.

รูปที่ 1: โครงสร้างของกรดโบรมัส

กรดโบรมัสสามารถทำหน้าที่เป็นตัวกลางในปฏิกิริยาต่าง ๆ ในการเกิดออกซิเดชันของไฮโปโบรไมท์ (Ropp, 2013) สามารถหาได้โดยวิธีทางเคมีหรือไฟฟ้าเคมีโดยที่ไฮโปโบรไมท์ถูกออกซิไดซ์เป็นโบรไมท์ไอออนเช่น:

HBrO + HClO → HBrO ₂ + HCl

HBrO + H ₂ O + 2e ^- → HBrO ₂ + H ₂

คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี

ดังที่ได้กล่าวไว้ข้างต้นกรดโบรมัสเป็นสารประกอบที่ไม่เสถียรซึ่งไม่ได้ถูกแยกออกมาดังนั้นจึงได้รับคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีโดยมีข้อยกเว้นบางประการในทางทฤษฎีผ่านการคำนวณเชิงคำนวณ (ศูนย์ข้อมูลเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ, 2017)

สารประกอบนี้มีน้ำหนักโมเลกุล 112.91 g / mol จุดหลอมเหลว 207.30 องศาเซนติเกรดและจุดเดือด 522.29 องศาเซนติเกรด ความสามารถในการละลายในน้ำประมาณ 1 x 106 mg / L (Royal Society of Chemistry, 2015)

ไม่มีความเสี่ยงในการจัดการกับสารประกอบนี้อย่างไรก็ตามพบว่าเป็นกรดอ่อน ๆ

จลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยาการไม่ได้สัดส่วนของโบรมีน (III), 2Br (III) → Br (1) + Br (V) ถูกศึกษาในฟอสเฟตบัฟเฟอร์ในช่วง pH 5.9-8.0 ตรวจสอบการดูดซับแสงที่ 294 นาโนเมตรโดยใช้การไหลแบบหยุด

การพึ่งพาและเป็นลำดับที่ 1 และ 2 ตามลำดับโดยที่ไม่มีการพึ่งพา นอกจากนี้ยังศึกษาปฏิกิริยาในอะซิเตทบัฟเฟอร์ในช่วง pH 3.9-5.6

ภายในข้อผิดพลาดจากการทดลองไม่พบหลักฐานสำหรับปฏิกิริยาโดยตรงระหว่างสอง BrO2- ไอออน การศึกษานี้ให้ค่าคงที่ของอัตรา 39.1 ± 2.6 M ^-1สำหรับปฏิกิริยา:

HBrO ₂ + BrO ₂ → HOBr + Br0 ₃ ^-

ให้คะแนนค่าคงที่ 800 ± 100 M ^-1สำหรับปฏิกิริยา:

2HBr0 ₂ → HOBr + Br0 ₃ ^- + H ⁺

และผลหารสมดุล 3.7 ± 0.9 X 10 ^-4สำหรับปฏิกิริยา:

HBr02 ⇌ H + + BrO ₂ ^-

ได้รับ pKa ทดลองที่ 3.43 ที่ความแรงไอออนิก 0.06 M และ 25.0 ° C (RB Faria, 1994)

การประยุกต์ใช้งาน

สารประกอบอัลคาไลน์เอิร์ ธ

กรดโบรมิกหรือโซเดียมโบรไมท์ใช้ในการผลิตเบริลเลียมโบรไมท์ตามปฏิกิริยา:

เป็น (OH) ₂ + HBrO ₂ → Be (OH) BrO ₂ + H ₂ O

โบรไมท์มีสีเหลืองในสถานะของแข็งหรือในสารละลายในน้ำ สารประกอบนี้ถูกใช้ในอุตสาหกรรมเป็นสารขจัดคราบตะกรันออกซิเดชั่นในการปรับแต่งสิ่งทอ (Egon Wiberg, 2001)

สารลด

กรดโบรมิกหรือโบรไมต์สามารถใช้เพื่อลดไอออนเปอร์แมงกาเนตเป็นแมงกานีสได้ด้วยวิธีต่อไปนี้:

2MnO ₄ ^- + BrO ₂ ^- + 2OH ^- → BrO ₃ ^- + 2MnO ₄ ^2- + H ₂ O

สิ่งที่สะดวกสำหรับการเตรียมสารละลายแมงกานีส (IV)

ปฏิกิริยา Belousov-Zhabotinski

กรดโบรมัสทำหน้าที่เป็นตัวกลางสำคัญในปฏิกิริยา Belousov-Zhabotinski (Stanley, 2000) ซึ่งเป็นการสาธิตที่โดดเด่นด้วยสายตา

ในปฏิกิริยานี้จะมีการผสมสารละลายสามตัวให้เป็นสีเขียวซึ่งจะเปลี่ยนเป็นสีน้ำเงินม่วงและแดงจากนั้นจะเปลี่ยนเป็นสีเขียวและทำซ้ำ

สารละลายทั้งสามที่ผสมกัน ได้แก่ สารละลาย0.23 M KBrO ₃สารละลายกรดมาโลนิก 0.31 M ที่มี 0.059 M KBr และสารละลายแอมโมเนียมไนเตรต 0.019 M (IV) และ H ₂ SO ₄ 2.7 ม.

ในระหว่างการนำเสนอจะมีการนำเฟอร์โรอินอินดิเคเตอร์จำนวนเล็กน้อยเข้าสู่สารละลาย แมงกานีสไอออนสามารถใช้แทนซีเรียมได้ ปฏิกิริยาโดยรวม BZ คือการออกซิเดชั่นซีเรียมของกรดมาโลนิกโดยไอออนโบรเมตในกรดซัลฟิวริกเจือจางดังที่แสดงในสมการต่อไปนี้:

3CH ₂ (CO ₂ H) ₂ + 4 BrO ₃ ^- → 4 Br ^- + 9 CO ₂ + 6 H ₂ O (1)

กลไกของปฏิกิริยานี้เกี่ยวข้องกับสองกระบวนการ กระบวนการ A เกี่ยวข้องกับไอออนและการถ่ายโอนอิเล็กตรอนสองตัวในขณะที่กระบวนการ B เกี่ยวข้องกับอนุมูลและการถ่ายโอนอิเล็กตรอนหนึ่งตัว

ความเข้มข้นของโบรไมด์ไอออนเป็นตัวกำหนดกระบวนการที่โดดเด่น กระบวนการ A มีความโดดเด่นเมื่อความเข้มข้นของโบรไมด์ไอออนสูงในขณะที่กระบวนการ B มีความโดดเด่นเมื่อความเข้มข้นของโบรไมด์ไอออนต่ำ

กระบวนการ A คือการลดลงของโบรเมตไอออนโดยโบรไมด์ไอออนในการถ่ายโอนอิเล็กตรอนสองตัว สามารถแสดงได้ด้วยปฏิกิริยาสุทธินี้:

BrO ₃ ^- + 5Br ^- + 6H ⁺ → 3Br ₂ + 3H ₂ O (2)

สิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่อโซลูชัน A และ B ผสมกันกระบวนการนี้เกิดขึ้นผ่านสามขั้นตอนต่อไปนี้:

BrO ₃ ^- + Br ^- +2 H ⁺ → HBrO ₂ + HOBr (3)

HBrO ₂ + Br ^- + H ⁺ → 2 HOBr (4)

HOBr + Br ^- + H ⁺ → Br ₂ + H ₂ O (5)

โบรมีนที่สร้างขึ้นจากปฏิกิริยา 5 จะทำปฏิกิริยากับกรดมาโลนิกในขณะที่มันแข็งตัวช้า ๆ ดังแสดงด้วยสมการต่อไปนี้:

Br ₂ + CH ₂ (CO ₂ H) ₂ → BrCH (CO ₂ H) ₂ + Br ^- + H (6)

ปฏิกิริยาเหล่านี้ทำงานเพื่อลดความเข้มข้นของโบรไมด์ไอออนในสารละลาย สิ่งนี้ช่วยให้กระบวนการ B มีความโดดเด่น ปฏิกิริยาโดยรวมของกระบวนการ B แสดงด้วยสมการต่อไปนี้:

2BrO3 ^- + 12H ⁺ + 10 Ce ³⁺ → Br ₂ + 10Ce ⁴⁺ · 6H ₂ O (7)

และประกอบด้วยขั้นตอนต่อไปนี้:

BrO ₃ ^- + HBrO ₂ + H ⁺ → 2BrO ₂ • + H ₂ O (8)

BrO ₂ • + Ce ³⁺ + H ⁺ → HBrO ₂ + Ce ⁴⁺ (9)

2 HBrO ₂ → HOBr + BrO ₃ ^- + H ⁺ (10)

2 HOBr → HBrO ₂ + Br ^- + H ⁺ (11)

HOBr + Br ^- + H ⁺ → Br ₂ + H ₂ O (12)

องค์ประกอบหลักของลำดับนี้ ได้แก่ ผลลัพธ์สุทธิของสมการ 8 บวกสองเท่าสมการ 9 ดังแสดงด้านล่าง:

2Ce ³⁺ + BrO ₃ - + HBrO ₂ + 3H ⁺ → 2Ce ⁴⁺ + H ₂ O + 2HBrO ₂ (13)

ลำดับนี้สร้างกรดโบรมัสโดยอัตโนมัติ Autocatalysis เป็นคุณสมบัติที่สำคัญของปฏิกิริยานี้ แต่จะไม่ดำเนินต่อไปจนกว่ารีเอเจนต์จะหมดเนื่องจากมีการทำลาย HBrO2 เป็นลำดับที่สองดังที่เห็นในปฏิกิริยาที่ 10

ปฏิกิริยาที่ 11 และ 12 แสดงถึงการไม่ได้สัดส่วนของกรดไฮเปอร์โบรมัสต่อกรดโบรมัสและ Br2 ซีเรียม (IV) ไอออนและโบรมีนออกซิไดซ์กรดมาโลนิกเพื่อสร้างโบรไมด์ไอออน สิ่งนี้ทำให้ความเข้มข้นของโบรไมด์ไอออนเพิ่มขึ้นซึ่งจะเปิดใช้งานกระบวนการ A อีกครั้ง

สีในปฏิกิริยานี้ส่วนใหญ่เกิดจากการออกซิเดชั่นและการลดลงของคอมเพล็กซ์เหล็ก - ซีเรียม

เฟอร์โรอินให้สีสองสีที่เห็นในปฏิกิริยานี้: เมื่อมันเพิ่มขึ้นมันจะออกซิไดซ์เหล็กในเฟอร์โรอินจากเหล็กแดง (II) เป็นเหล็กสีน้ำเงิน (III) ซีเรียม (III) ไม่มีสีและซีเรียม (IV) เป็นสีเหลือง การรวมกันของซีเรียม (IV) และเหล็ก (III) ทำให้สีเป็นสีเขียว

ภายใต้เงื่อนไขที่เหมาะสมวงจรนี้จะเกิดซ้ำหลายครั้ง ความสะอาดของเครื่องแก้วเป็นสิ่งที่น่ากังวลเนื่องจากการสั่นถูกขัดจังหวะจากการปนเปื้อนด้วยไอออนของคลอไรด์ (Horst Dieter Foersterling, 1993)

อ้างอิง

1. กรดโบรมัส (2550 28 ตุลาคม). ดึงมาจาก ChEBI: ebi.ac.uk.
2. Egon Wiberg, NW (2001). เคมีอนินทรีย์. ลอนดอน - ซานดิเอโก: สำนักพิมพ์วิชาการ
3. Horst Dieter Foersterling, MV (1993). กรดโบรมัส / ซีเรียม (4+): ปฏิกิริยาและความไม่สมส่วนของ HBrO2 ที่วัดได้ในสารละลายกรดซัลฟิวริกที่ความเป็นกรดต่างกัน กายภาพเคมี 97 (30), 7932-7938
4. กรดไอโอดีน (2013-2016) ดึงมาจาก molbase.com.
5. ศูนย์ข้อมูลเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ (2017, 4 มีนาคม). PubChem ฐานข้อมูลแบบผสม; CID = 165616
6. บีฟาเรีย, IR (1994). จลนศาสตร์ของการไม่ได้สัดส่วนและ pKa ของกรดโบรมัส J. Phys. Chem. 98 (4), 1363-1367.
7. Ropp, RC (2013). สารานุกรมของสารประกอบอัลคาไลน์เอิร์ ธ . Oxford: เอลฟ์เซียร์
8. ราชสมาคมเคมี. (2015) กรดโบรมัส สืบค้นจาก chemspider.com.
9. Stanley, AA (2000, 4 ธันวาคม) สรุปการสาธิตเคมีอนินทรีย์ขั้นสูงปฏิกิริยาการสั่น