KYSELINA BROMOVÁ (HBRO2): FYZIKÁLNÍ A CHEMICKÉ VLASTNOSTI A POUŽITÍ - CHEMIE - 2025

Kyselina bromitá je anorganická sloučenina vzorce HBrO2. Uvedená kyselina je jednou z oxokyselinových bromových kyselin, kde se nachází v oxidačním stavu 3+. Soli této sloučeniny jsou známé jako bromity. Je to nestabilní sloučenina, kterou nelze v laboratoři izolovat.

Tato nestabilita, analogický s kyselinou jódu, je v důsledku vznikajícího reakci (nebo disproporcí) na kyselinu bromnou a kyselina bromičná následovně: 2HBrO ₂ → HBrO + HBrO _3.

Obrázek 1: Struktura kyseliny bromovodíkové.

Kyselina bromová může působit jako meziprodukt při různých reakcích při oxidaci hypobromitů (Ropp, 2013). Lze jej získat chemickými nebo elektrochemickými způsoby, kde se hypobromit oxiduje na bromitový ion, jako například:

HBrO + HCIO → HBrO ₂ + HCI

HBrO + H ₂ O + 2e ^- → HBrO ₂ + H ₂

Fyzikální a chemické vlastnosti

Jak je uvedeno výše, kyselina bromovodíková je nestabilní sloučenina, která nebyla izolována, takže její fyzikální a chemické vlastnosti jsou získány, až na některé výjimky, teoreticky pomocí výpočtů (Národní centrum pro biotechnologické informace, 2017).

Sloučenina má molekulovou hmotnost 112,91 g / mol, teplotu tání 207,30 stupňů Celsia a teplotu varu 522,29 stupňů Celsia. Jeho rozpustnost ve vodě se odhaduje na 1 x 106 mg / l (Royal Society of Chemistry, 2015).

Při manipulaci s touto sloučeninou neexistuje žádné registrované riziko, bylo však zjištěno, že se jedná o slabou kyselinu.

Kinetika disproporcionační reakce bromu (III), 2Br (III) → Br (1) + Br (V), byla studována ve fosfátovém pufru v rozmezí pH 5,9 - 8,0, přičemž se sledovala optická absorbance při 294 nm za použití zastaveného toku.

Závislosti byly řádově 1 a 2, kde žádná závislost nebyla. Reakce byla studována také v acetátovém pufru, v rozmezí pH 3,9-5,6.

V rámci experimentální chyby nebyl nalezen žádný důkaz pro přímou reakci mezi dvěma ionty Br02. Tato studie poskytuje rychlostní konstanty 39,1 ± 2,6 M ^-1 pro reakci:

HBrO ₂ + BrO ₂ → HOBr + Br0 ₃ ^-

Rychlostní konstanty 800 ± 100 M ^-1 pro reakci:

2HBr0 ₂ → HOBr + Br0 ₃ ^- + H ⁺

A rovnovážný kvocient 3,7 ± 0,9 X 10 ^-4 pro reakci:

HBr02 ⇌ H + + BrO ₂ ^-

Získání experimentálního pKa 3,43 při iontové síle 0,06 M a 25,0 ° C (RB Faria, 1994).

Aplikace

Sloučeniny alkalických zemin

Kyselina bromová nebo bromitan sodný se používá k výrobě bromidu berylia na základě reakce:

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

Bromity jsou žluté barvy v pevném stavu nebo ve vodných roztocích. Tato sloučenina se průmyslově používá jako oxidační odvápňovací činidlo při rafinaci textilu (Egon Wiberg, 2001).

Redukční činidlo

Kyselina bromová nebo bromity lze použít k redukci manganistanu na manganát následujícím způsobem:

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

Co je vhodné pro přípravu roztoků manganu (IV).

Belousov-Zhabotinskiho reakce

Kyselina bromová působí jako důležitý meziprodukt v reakci Belousov-Zhabotinski (Stanley, 2000), což je velmi vizuálně nápadná demonstrace.

V této reakci se tři roztoky smísí za vzniku zelené barvy, která se změní na modrou, fialovou a červenou a pak se změní na zelenou a opakuje se.

Tyto tři roztoky, které jsou smíchány, jsou: a 0,23 M KBrO ₃ roztok, 0,31 M roztok kyseliny malonové s 0,059 M KBr a 0,019 M ceru (IV), dusičnanu amonného a H ₂ SO ₄ 2,7 M.

Během prezentace se do roztoku zavádí malé množství indikátoru ferroinu. Manganové ionty lze použít místo ceru. Celková reakce BZ je oxidace malonové kyseliny katalyzovaná cerem bromičnanovými ionty ve zředěné kyselině sírové, jak je uvedeno v následující rovnici:

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

Mechanismus této reakce zahrnuje dva procesy. Proces A zahrnuje přenos iontů a dvouelektronů, zatímco proces B zahrnuje radikály a přenosy jedním elektronem.

Koncentrace bromidových iontů určuje, který proces je dominantní. Proces A je dominantní, když je koncentrace bromidových iontů vysoká, zatímco proces B je dominantní, když je koncentrace bromidových iontů nízká.

Proces A je redukce bromičnanových iontů bromidovými ionty ve dvou přenosech elektronů. To může být reprezentováno touto čistou reakcí:

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

K tomu dochází, když jsou smíchána řešení A a B. K tomuto procesu dochází prostřednictvím následujících tří kroků:

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)

Bróm vytvořený reakcí 5 reaguje s kyselinou malonovou, zatímco pomalu enolizuje, což představuje následující rovnice:

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

Tyto reakce pracují na snížení koncentrace bromidových iontů v roztoku. To umožňuje, aby se proces B stal dominantním. Celková reakce procesu B je představována následující rovnicí:

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

A skládá se z následujících kroků:

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)

Klíčové prvky této posloupnosti zahrnují čistý výsledek rovnice 8 plus dvakrát rovnice 9, viz níže:

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

Tato sekvence produkuje kyselinu bromovodíkovou autokatalyticky. Autokatalýza je podstatným rysem této reakce, ale nepokračuje, dokud nejsou vyčerpána činidla, protože dochází k destrukci HBr02 druhého řádu, jak je vidět v reakci 10.

Reakce 11 a 12 představují disproporci hyperbromní kyseliny na bromovou kyselinu a Br2. Černé ionty a brom oxidují malonovou kyselinu za vzniku bromidových iontů. To způsobuje zvýšení koncentrace bromidových iontů, což reaktivuje proces A.

Barvy v této reakci jsou tvořeny hlavně oxidací a redukcí komplexů železo-cer.

Ferroin poskytuje dvě barvy pozorované v této reakci: Jak se zvyšuje, oxiduje železo ve ferroinu z červeného železa (II) na modré železo (III). Cerium (III) je bezbarvé a cer (IV) je žluté. Kombinace ceru (IV) a železa (III) způsobí, že barva bude zelená.

Za správných podmínek se tento cyklus několikrát opakuje. Čistota skla je problémem, protože oscilace jsou přerušeny kontaminací chloridovými ionty (Horst Dieter Foersterling, 1993).

Reference

1. kyselina bromová. (2007, 28. října). Citováno z ChEBI: ebi.ac.uk.
2. Egon Wiberg, NW (2001). Anorganická chemie. london-san diego: akademický tisk.
3. Horst Dieter Foersterling, MV (1993). Kyselina bromová / cer (4+): reakce a disproporcionace HBr02 měřená v roztoku kyseliny sírové při různých kyselinách. Phys. Chem 97 (30), 7932-7938.
4. jodová kyselina. (2013–2016). Citováno z molbase.com.
5. Národní centrum pro biotechnologické informace. (2017, 4. března). PubChem Compound Database; CID = 165616.
6. B. Faria, IR (1994). Kinetika disproporcionace a pKa kyseliny bromové. J. Phys. Chem. 98 (4), 1363-1367.
7. Ropp, RC (2013). Encyklopedie sloučenin alkalických zemin. Oxford: Elvesier.
8. Královská společnost chemie. (2015). Kyselina bromová. Citováno z webu chemspider.com.
9. Stanley, AA (2000, 4. prosince). Přehled demonstrací pokročilé anorganické chemie, oscilační reakce.