Struktura, właściwości, powstawanie kwasu bromowodorowego (HBr)

1534
Simon Doyle
Struktura, właściwości, powstawanie kwasu bromowodorowego (HBr)

Plik kwas bromowodorowy Jest to związek nieorganiczny, który powstaje w wyniku wodnego rozpuszczenia gazu zwanego bromowodorem. Jego wzór chemiczny to HBr i można go rozpatrywać na różne równoważne sposoby: jako wodorek cząsteczkowy lub halogenowodór w wodzie; to znaczy wodoracyd.

W równaniach chemicznych należy go zapisać jako HBr (ac), co oznacza, że ​​jest to kwas bromowodorowy, a nie gaz. Ten kwas jest jednym z najsilniejszych znanych, nawet bardziej niż kwas solny, HCl. Wyjaśnienie tego leży w naturze jego wiązania kowalencyjnego.

Źródło: KES47 za pośrednictwem Wikipedii

Dlaczego HBr jest tak mocnym kwasem, a tym bardziej rozpuszczonym w wodzie? Ponieważ wiązanie kowalencyjne H-Br jest bardzo słabe, ze względu na słabe zachodzenie orbitali 1s H i 4p Br.

Nie jest to zaskakujące, jeśli przyjrzysz się uważnie powyższemu obrazowi, na którym wyraźnie atom bromu (brązowy) jest znacznie większy niż atom wodoru (biały).

W konsekwencji każde zaburzenie powoduje zerwanie wiązania H-Br, uwalniając jon H.+. Tak więc kwas bromowodorowy jest kwasem Brönsteda, ponieważ przenosi protony lub jony wodoru. Jego siła jest taka, że ​​jest stosowany w syntezie różnych związków organobrominowanych (takich jak 1-bromoetan, CH3CHdwaBr).

Kwas bromowodorowy jest, po jodowodorowym, HI, jednym z najsilniejszych i najbardziej użytecznych węglowodorów do trawienia niektórych próbek stałych.

Indeks artykułów

  • 1 Struktura kwasu bromowodorowego
    • 1.1 Kwasowość
  • 2 Właściwości fizyczne i chemiczne
    • 2.1 Wzór cząsteczkowy
    • 2.2 Masa cząsteczkowa
    • 2.3 Wygląd fizyczny
    • 2.4 Zapach
    • 2.5 Próg zapachu
    • 2.6 Gęstość
    • 2.7 Temperatura topnienia
    • 2.8 Temperatura wrzenia
    • 2.9 Rozpuszczalność w wodzie
    • 2.10 Gęstość par
    • 2.11 Kwasowość pKa
    • 2.12 Pojemność kaloryczna
    • 2.13 Standardowa entalpia molowa
    • 2.14 Standardowa entropia molowa
    • 2.15 Temperatura zapłonu
  • 3 Nazewnictwo
  • 4 Jak powstaje?
    • 4.1 Mieszanina wodoru i bromu w wodzie
    • 4.2 Tribromek fosforu
    • 4.3 Dwutlenek siarki i brom
  • 5 zastosowań
    • 5.1 Przygotowanie bromków
    • 5.2 Synteza halogenków alkilowych
    • 5.3 Catalyst
  • 6 Odnośniki

Struktura kwasu bromowodorowego

Zdjęcie przedstawia strukturę H-Br, którego właściwości i właściwości, nawet jeśli są to gaz, są ściśle związane z jego roztworami wodnymi. Z tego powodu dochodzi do nieporozumień dotyczących tego, który z dwóch związków jest określany: HBr czy HBr (ac).

Struktura HBr (ac) różni się od struktury HBr, ponieważ teraz cząsteczki wody rozpuszczają tę dwuatomową cząsteczkę. Kiedy jest dostatecznie blisko, H jest przenoszone+ do cząsteczki H.dwaLub jak wskazano w następującym równaniu chemicznym:

HBr + H.dwaO => Br--  +  H.3LUB+

Tak więc struktura kwasu bromowodorowego składa się z jonów Br--  i H3LUB+ oddziałujące elektrostatycznie. Teraz jest trochę inny niż wiązanie kowalencyjne H-Br.

Jego wysoka kwasowość wynika z dużej zawartości anionu Br- ledwo może wchodzić w interakcje z H3LUB+, nie może uniemożliwić Ci przeniesienia H.+ do innego otaczającego gatunku chemicznego.

Kwasowość

Na przykład Cl- i F- chociaż nie tworzą wiązań kowalencyjnych z H3LUB+, mogą oddziaływać poprzez inne siły międzycząsteczkowe, takie jak wiązania wodorowe (które tylko F- jest w stanie je zaakceptować). Wiązania wodorowe F.--H-OHdwa+ „Utrudnij” darowiznę H+.

Z tego powodu kwas fluorowodorowy HF jest słabszym kwasem. w wodzie niż kwas bromowodorowy; ponieważ interakcje jonowe Br- H.3LUB+ nie zawracaj sobie głowy przeniesieniem H.+.

Jednakże, chociaż woda jest obecna w HBr (aq), jej zachowanie jest ostatecznie podobne do zachowania cząsteczki H-Br; to znaczy H+ jest przenoszony z HBr lub Br-H.3LUB+.

Fizyczne i chemiczne właściwości

Formuła molekularna

HBr.

Waga molekularna

80,972 g / mol. Należy zauważyć, że, jak wspomniano w poprzedniej sekcji, pod uwagę brany jest tylko HBr, a nie cząsteczka wody. Jeśli masę cząsteczkową wzięto ze wzoru Br-H.3LUB+ miałby wartość około 99 g / mol.

Wygląd fizyczny

Bezbarwna lub bladożółta ciecz, która będzie zależeć od stężenia rozpuszczonego HBr. Im bardziej jest żółty, tym bardziej jest skoncentrowany i niebezpieczny.

Zapach

Ostry, irytujący.

Próg zapachu

6,67 mg / m3.

Gęstość

1,49 g / cm3 (48% wag./wag. Roztwór wodny). Wartość ta, podobnie jak wartości odpowiadające temperaturom topnienia i wrzenia, zależą od ilości HBr rozpuszczonego w wodzie..

Temperatura topnienia

-11 ° C (12 ° F, 393 ° K) (49% wagowo roztwór wodny).

Temperatura wrzenia

122 ºC (252 ºF. 393 ºK) przy 700 mmHg (roztwór wodny 47-49% w / w).

Rozpuszczalność w wodzie

-221 g / 100 ml (przy 0 ° C).

-204 g / 100 ml (15 ºC).

-130 g / 100 ml (100 ºC).

Wartości te odnoszą się do gazowego HBr, a nie do kwasu bromowodorowego. Jak widać, wraz ze wzrostem temperatury rozpuszczalność HBr maleje; zachowanie naturalne w gazach. W konsekwencji, jeśli wymagane są stężone roztwory HBr (aq), lepiej pracować z nimi w niskich temperaturach..

Podczas pracy w wysokich temperaturach HBr ucieka w postaci gazowych cząsteczek dwuatomowych, dlatego reaktor należy uszczelnić, aby zapobiec jego wyciekowi.

Gęstość pary

2,71 (względem powietrza = 1).

Kwasowość pKa

-9.0. Ta ujemna stała wskazuje na jego dużą siłę kwasowości..

Pojemność kaloryczna

29,1 kJ / mol.

Standardowa entalpia molowa

198,7 kJ / mol (298 ºK).

Standardowa entropia molowa

-36,3 kJ / mol.

punkt zapłonu

Niepalny.

Nomenklatura

Jego nazwa „kwas bromowodorowy” łączy w sobie dwa fakty: obecność wody i brom ma wartościowość -1 w związku. W języku angielskim jest to nieco bardziej oczywiste: kwas bromowodorowy, gdzie przedrostek „hydro” (lub hydro) odnosi się do wody; chociaż w rzeczywistości może również odnosić się do wodoru.

Brom ma wartościowość -1, ponieważ jest związany z atomem wodoru mniej elektroujemnym niż on; ale jeśli byłby związany lub oddziałujący z atomami tlenu, może mieć wiele wartościowości, takich jak: +2, +3, +5 i +7. W przypadku litery H może przyjąć tylko jedną wartościowość, dlatego do jej nazwy dodano przyrostek -ico.

Podczas gdy HBr (g), bromowodór, jest bezwodny; to znaczy nie ma wody. Dlatego jest nazywany według innych standardów nomenklatury, odpowiadających halogenom wodoru..

Jak to się tworzy?

Istnieje kilka metod syntezy kwasu bromowodorowego. Niektórzy z nich są:

Mieszanina wodoru i bromu w wodzie

Bez opisywania szczegółów technicznych kwas ten można otrzymać przez bezpośrednie zmieszanie wodoru i bromu w reaktorze wypełnionym wodą..

H.dwa  +  Brdwa  => HBr

W ten sposób, gdy tworzy się HBr, rozpuszcza się w wodzie; może to wciągać go w destylację, dzięki czemu można ekstrahować roztwory o różnych stężeniach. Wodór to gaz, a brom to ciemnoczerwona ciecz.

Tribromek fosforu

W bardziej złożonym procesie miesza się piasek, uwodniony czerwony fosfor i brom. Pułapki wodne są umieszczane w łaźniach lodowych, aby zapobiec ucieczce HBr i tworzeniu kwasu bromowodorowego. Reakcje są następujące:

2P + 3Brdwa  => 2PBr3

PBr3  +  3HdwaO => 3HBr + H3PO3

Dwutlenek siarki i brom

Innym sposobem przygotowania jest reakcja bromu z dwutlenkiem siarki w wodzie:

Brdwa  +  południowy zachóddwa  +  2HdwaO => 2HBr + Hdwapołudniowy zachód4

To jest reakcja redoks. BRdwa redukuje, pozyskuje elektrony, łącząc się z wodorami; podczas gdy SOdwa utlenia się, traci elektrony, gdy tworzy bardziej kowalencyjne wiązania z innymi tlenami, jak w kwasie siarkowym.

Aplikacje

Przygotowanie bromków

Sole bromkowe można wytworzyć w reakcji HBr (aq) z wodorotlenkiem metalu. Na przykład rozważa się produkcję bromku wapnia:

Ca (OH)dwa + 2HBr => CaBrdwa +  H.dwaLUB

Inny przykład dotyczy bromku sodu:

NaOH + HBr => NaBr + HdwaLUB

W ten sposób można wytworzyć wiele nieorganicznych bromków.

Synteza halogenków alkilowych

A co z organicznymi bromkami? Są to związki boroorganiczne: RBr lub ArBr.

Odwodnienie alkoholu

Surowcem do ich uzyskania mogą być alkohole. Kiedy są protonowane przez kwasowość HBr, tworzą wodę, która jest dobrą grupą opuszczającą, a w jej miejsce włączany jest obszerny atom Br, który zostanie kowalencyjnie związany z węglem:

ROH + HBr => RBr + HdwaLUB

To odwodnienie przeprowadza się w temperaturach powyżej 100 ° C, w celu ułatwienia zerwania wiązania R-OH.dwa+.

Dodatek do alkenów i alkinów

Cząsteczkę HBr można dodać z jej wodnego roztworu do podwójnego lub potrójnego wiązania alkenu lub alkinu:

RdwaC = CRdwa + HBr => RHC-CRBr

RC≡CR + HBr => RHC = CRBr

Można otrzymać kilka produktów, ale w prostych warunkach produkt powstaje przede wszystkim, gdy brom jest związany z drugorzędowym, trzeciorzędowym lub czwartorzędowym węglem (reguła Markownikowa).

Halogenki te biorą udział w syntezie innych związków organicznych, a zakres ich zastosowań jest bardzo szeroki. Podobnie, niektóre z nich można nawet wykorzystać w syntezie lub projektowaniu nowych leków..

Rozszczepienie eteru

Z eterów można jednocześnie otrzymać dwa halogenki alkilu, z których każdy ma jeden z dwóch łańcuchów bocznych R lub R 'początkowego eteru R-O-R'. Dzieje się coś podobnego do odwodnienia alkoholi, ale ich mechanizm reakcji jest inny.

Reakcję można opisać następującym równaniem chemicznym:

ROR '+ 2HBr => RBr + R'Br

Uwalnia się również woda.

Katalizator

Jego kwasowość jest taka, że ​​może być stosowany jako skuteczny katalizator kwasowy. Zamiast dodawać anion Br- do struktury molekularnej, ustąpi miejsca innej cząsteczce.

Bibliografia

  1. Graham Solomons T.W., Craig B. Fryhle. (2011). Chemia organiczna. Aminy. (10th wydanie.). Wiley plus.
  2. Carey F. (2008). Chemia organiczna. (Wydanie szóste). Mc Graw Hill.
  3. Steven A. Hardinger. (2017). Ilustrowany słownik chemii organicznej: kwas bromowodorowy. Odzyskany z: chem.ucla.edu
  4. Wikipedia. (2018). Kwas bromowodorowy. Odzyskane z: en.wikipedia.org
  5. PubChem. (2018). Kwas bromowodorowy. Odzyskany z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
  6. Państwowy Zakład Bezpieczeństwa i Higieny Pracy. (2011). Bromowodór. [PDF]. Odzyskany z: insht.es
  7. PrepChem. (2016). Przygotowanie kwasu bromowodorowego. Odzyskany z: prepchem.com

Jeszcze bez komentarzy