Właściwości fizyczne i chemiczne kwasu bromowego (HBrO2) oraz zastosowania

Plik kwas bromowy Jest to związek nieorganiczny o wzorze HBrO2. Wspomniany kwas jest jednym z oksokwasowych kwasów bromowych, na którym występuje stopień utlenienia 3+. Sole tego związku nazywane są bromitami. Jest to niestabilny związek, którego nie można było wyizolować w laboratorium.

Ta niestabilność, analogiczna do kwasu jodowego, jest spowodowana reakcją dysmutacji (lub dysproporcji) prowadzącą do powstania kwasu podbromawego i kwasu bromowego w następujący sposób: 2HBrO_dwa → HBrO + HBrO_3.

Kwas bromowy może działać jako półprodukt w różnych reakcjach utleniania podbromianów (Ropp, 2013). Można go otrzymać metodami chemicznymi lub elektrochemicznymi, w których podbromit jest utleniany do jonu bromitowego, na przykład:

HBrO + HClO → HBrO_dwa + HCl

HBrO + H._dwaO + 2e^- → HBrO_dwa + H._dwa

Indeks artykułów

• 1 Właściwości fizyczne i chemiczne
• 2 Zastosowania
  • 2.1 Związki ziem alkalicznych
  • 2.2 Środek redukujący
  • 2.3 Reakcja Biełousowa-Żabotyńskiego
• 3 Odnośniki

Fizyczne i chemiczne właściwości

Jak wspomniano powyżej, kwas bromowy jest związkiem niestabilnym, którego nie wyodrębniono, dlatego jego właściwości fizyczne i chemiczne uzyskuje się, z pewnymi wyjątkami, teoretycznie poprzez obliczenia obliczeniowe (National Center for Biotechnology Information, 2017).

Związek ma masę cząsteczkową 112,91 g / mol, temperaturę topnienia 207,30 stopni Celsjusza i temperaturę wrzenia 522,29 stopni Celsjusza. Jego rozpuszczalność w wodzie szacuje się na 1 x 106 mg / l (Royal Society of Chemistry, 2015).

Nie ma zarejestrowanego ryzyka przy obchodzeniu się z tym związkiem, jednak stwierdzono, że jest to słaby kwas..

Kinetykę reakcji dysproporcjonowania bromu (III), 2Br (III) → Br (1) + Br (V), badano w buforze fosforanowym, w zakresie pH 5,9-8,0, monitorując absorbancję optyczną przy 294 nm przy pływ.

Zależności [H.⁺] i [Br (III)] były odpowiednio rzędu 1 i 2, gdzie nie stwierdzono zależności od [Br-]. Reakcję badano również w buforze octanowym w zakresie pH 3,9 - 5,6.

W ramach błędu eksperymentalnego nie znaleziono dowodów na bezpośrednią reakcję między dwoma jonami BrO2-. To badanie zapewnia stałe prędkości 39,1 ± 2,6 M.^-1  dla reakcji:

HBrO_dwa + Brachu_dwa→ HOBr + Br0₃^-

800 ± 100 M. stałe prędkości^-1 dla reakcji:

2HBr0_dwa → HOBr + Br0₃^- + H.⁺

I iloraz równowagi 3,7 ± 0,9 X 10^-4  dla reakcji:

HBr02 ⇌ H + + BrO_dwa^-

Uzyskanie doświadczalnego pKa 3,43 przy sile jonowej 0,06 M i 25,0 ° C (R. B. Faria, 1994).

Aplikacje

Związki ziem alkalicznych

Do produkcji bromitu berylu w oparciu o reakcję stosuje się kwas bromowy lub bromit sodu:

Be (OH)_dwa + HBrO_dwa → Be (OH) BrO_dwa + H._dwaLUB

Bromity mają żółty kolor w stanie stałym lub w roztworach wodnych. Związek ten jest stosowany w przemyśle jako utleniający środek do odkamieniania skrobi w uszlachetnianiu tekstyliów (Egon Wiberg, 2001).

Środek redukujący

Do redukcji jonu nadmanganianowego do manganianu można zastosować kwas bromowy lub brominy w następujący sposób:

2MnO₄^- + Brachu_dwa^- + 2OH^-→ BrO₃^- + 2MnO₄^dwa- + H._dwaLUB

Co jest wygodne do przygotowania roztworów manganu (IV).

Reakcja Biełousowa-Żabotyńskiego

Kwas bromowy działa jako ważny związek pośredni w reakcji Biełousowa-Żabotyńskiego (Stanley, 2000), co jest niezwykle uderzającą wizualnie demonstracją..

W tej reakcji trzy roztwory są mieszane, aby uzyskać zielony kolor, który zmienia kolor na niebieski, fioletowy i czerwony, a następnie powraca do zielonego i powtarza.

Trzy mieszane rozwiązania to: rozwiązanie KBrO₃ 0,23 M, 0,31 M roztwór kwasu malonowego z 0,059 M KBr i 0,019 M roztworem azotanu ceru (IV) amonu i H_dwapołudniowy zachód₄ 2,7 mln.

Podczas prezentacji do roztworu wprowadza się niewielką ilość wskaźnikowej ferroiny. Zamiast ceru można zastosować jony manganu. Cała reakcja B-Z to katalizowane cerem utlenianie kwasu malonowego przez jony bromianowe w rozcieńczonym kwasie siarkowym, jak przedstawiono w następującym równaniu:

3CH_dwa (WSPÓŁ_dwaH)_dwa + 4 BrO₃^- → 4 br^- + 9 CO_dwa + 6 godz_dwaO (1)

Mechanizm tej reakcji obejmuje dwa procesy. Proces A obejmuje jony i transfery dwóch elektronów, podczas gdy Proces B obejmuje rodniki i transfery jednego elektronu..

Stężenie jonów bromkowych określa, który proces jest dominujący. Proces A dominuje, gdy stężenie jonów bromkowych jest wysokie, natomiast proces B dominuje, gdy stężenie jonów bromkowych jest niskie..

Proces A to redukcja jonów bromianowych przez jony bromkowe w dwóch transferach elektronów. Można to przedstawić za pomocą tej reakcji netto:

Brachu₃^- + 5Br^- + 6H⁺ → 3Br_dwa + 3H_dwaLub (2)

Dzieje się tak, gdy zmieszane są rozwiązania A i B. Ten proces przebiega w trzech następujących krokach:

Brachu₃^- + Br^- +2 godz⁺ → HBrO_dwa + HOBr Maszyny (3)

HBrO_dwa + Br^- + H.⁺ → 2 HOBr (4)

HOBr + Br^- +H.⁺ → Br_dwa + H._dwaLub (5)

Brom wytworzony w reakcji 5 reaguje z kwasem malonowym, powoli enolizując, jak przedstawia to równanie:

Br_dwa + CH_dwa (WSPÓŁ_dwaH)_dwa → BrCH (CO_dwaH)_dwa + Br^- + H (6)

Reakcje te mają na celu zmniejszenie stężenia jonów bromkowych w roztworze. Pozwala to na dominację procesu B. Ogólną reakcję procesu B przedstawia następujące równanie:

2BrO3^- + 12H⁺ + 10 Ce³⁺ → Br_dwa + 10Ce⁴⁺6H_dwaLUB (7)

Składa się z następujących kroków:

Brachu₃ ^- + HBrO_dwa + H.⁺ → 2BrO_dwa • + H_dwaLUB (8)

Brachu_dwa • + Ce³⁺ + H.⁺ → HBrO_dwa + WE⁴⁺ (9)

2 HBrO_dwa → HOBr + BrO₃ ^- + H.⁺ (10)

2 HOBr → HBrO_dwa + Br^- + H.⁺ (jedenaście)

HOBr + Br^- + H.⁺ → Br_dwa + H._dwaO (12)

Kluczowe elementy tej sekwencji obejmują wynik netto Równania 8 plus dwukrotnie Równanie 9, pokazane poniżej:

2Ce³⁺ + Brachu₃ - + HBrO_dwa + 3H⁺ → 2Ce⁴⁺ + H._dwaO + 2HBrO_dwa (13)

Ta sekwencja wytwarza autokatalitycznie kwas bromowy. Autokataliza jest istotną cechą tej reakcji, ale nie trwa do wyczerpania reagentów, ponieważ następuje zniszczenie HBrO2 drugiego rzędu, jak widać w reakcji 10.

Reakcje 11 i 12 przedstawiają dysproporcjonowanie kwasu hiperbromowego do kwasu bromawego i Br2. Jony ceru (IV) i brom utleniają kwas malonowy, tworząc jony bromkowe. Powoduje to wzrost stężenia jonów bromkowych, co reaktywuje proces A.

Kolory w tej reakcji powstają głównie w wyniku utleniania i redukcji kompleksów żelazowo-cerowych..

Ferroina zapewnia dwa kolory widoczne w tej reakcji: Wraz ze wzrostem [Ce (IV)] utlenia żelazo w ferroinie z czerwonego żelaza (II) do niebieskiego żelaza (III). Cer (III) jest bezbarwny, a cer (IV) jest żółty. Połączenie ceru (IV) i żelaza (III) sprawia, że ​​kolor jest zielony.

W odpowiednich warunkach cykl ten powtórzy się kilka razy. Czystość szkła jest problemem, ponieważ oscylacje są przerywane przez zanieczyszczenie jonami chlorków (Horst Dieter Foersterling, 1993).

Bibliografia

1. kwas bromowy. (2007, 28 października). Pobrane z ChEBI: ebi.ac.uk.
2. Egon Wiberg, N. W. (2001). Chemia nieorganiczna. londyn-san diego: prasa akademicka.
3. Horst Dieter Foersterling, M. V. (1993). Kwas bromowy / cer (4+): reakcja i dysproporcjonowanie HBrO2 mierzone w roztworze kwasu siarkowego przy różnych kwasowościach. Phys. Chem 97 (30), 7932-7938.
4. kwas jodowy. (2013-2016). Pobrane z molbase.com.
5. Narodowe Centrum Informacji Biotechnologicznej. (2017, 4 marca). Baza danych PubChem Compound; CID = 165616.
6. B. Faria, I. R. (1994). Kinetyka dysproporcjonowania i pKa kwasu bromowego. J. Phys. Chem. 98 (4), 1363-1367. 
7. Ropp, R. C. (2013). Encyklopedia związków ziem alkalicznych. Oxford: Elvesier.
8. Królewskie Towarzystwo Chemii. (2015). Kwas bromowy. Pobrane z chemspider.com.
9. Stanley, A. A. (2000, 4 grudnia). Podsumowanie demonstracji zaawansowanej chemii nieorganicznej Reakcja oscylacyjna.