Struktura kwasu bromowodorowego (HBr), właściwości, tworzenie, zastosowania



The Kwas bromowodorowy jest związkiem nieorganicznym, który powstaje z wodnego roztworu gazu zwanego bromkiem wodoru. Jego wzór chemiczny to HBr i można go traktować w różny sposób: jako wodorek cząsteczkowy lub halogenowodór w wodzie; to znaczy hydrazyd.

W równaniach chemicznych należy zapisać jako HBr (ac), aby wskazać, 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.

Dlaczego HBr taki kwas, a jeszcze bardziej rozpuszczony w wodzie? Ponieważ wiązanie kowalencyjne H-Br jest bardzo słabe, z powodu słabego nakładania się orbitali 1s H i 4p Br.

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

W konsekwencji każde zakłócenie powoduje rozpad wiązania H-Br, uwalniając jon H+. Następnie kwas bromowodorowy jest kwasem Brönsteda, ponieważ przenosi protony lub jony wodorowe. Jego siła jest taka, że ​​stosuje się go w syntezie kilku związków organobromowanych (takich jak 1-bromoetan, CH3CH2Br).

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

Indeks

  • 1 Struktura kwasu bromowodorowego
    • 1.1 Kwasowość
  • 2 Właściwości fizyczne i chemiczne
    • 2.1 Formuła molekularna
    • 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 pary
    • 2,11 pKa kwasowości
    • 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 Katalizator
  • 6 referencji

Struktura kwasu bromowodorowego

Struktura H-Br jest pokazana na obrazie, którego właściwości i właściwości, nawet gazu, są ściśle związane z jego roztworami wodnymi. Dlatego przychodzi moment, w którym dochodzi do zamieszania co do tego, który z dwóch związków jest nawiązany do: HBr lub HBr (ac).

Struktura HBr (ac) różni się od struktury HBr, ponieważ teraz cząsteczki wody solwatują tę cząsteczkę dwuatomową. Gdy jest wystarczająco blisko, H jest przenoszone+ do cząsteczki H2Lub jak wskazano w następującym równaniu chemicznym:

HBr + H2O => Br--  +  H3O+

Zatem struktura kwasu bromowodorowego składa się z jonów Br--  i H3O+ oddziaływanie elektrostatyczne. Teraz jest trochę inaczej niż wiązanie kowalencyjne H-Br.

Jego duża kwasowość jest spowodowana masywnym anionem Br- ledwo wchodzi w interakcję z H3O+, nie mógł powstrzymać go przed przeniesieniem H+ do innego otaczającego gatunku chemicznego.

Kwasowość

Na przykład Cl- i F- chociaż nie tworzą wiązań kowalencyjnych z H3O+, mogą oddziaływać poprzez inne siły międzycząsteczkowe, takie jak mostki wodorowe (które tylko F- jest w stanie je zaakceptować). Most wodorowy F--H-OH2+ „Utrudnij” darowiznę H+.

Z tego powodu kwas fluorowodorowy, HF, jest słabszym kwasem w wodzie niż kwas bromowodorowy; ponieważ oddziaływania jonowe Br- H3O+ nie przejmuj się przenoszeniem H+.

Jednakże, chociaż woda jest obecna w HBr (ac), jej zachowanie na końcu rachunku jest podobne do zachowania cząsteczki H-Br; to jest H+ Przenosi się go z HBr lub Br-H3O+.

Właściwości fizyczne i chemiczne

Formuła molekularna

HBr.

Masa cząsteczkowa

80,972 g / mol. Należy zauważyć, że, jak wspomniano w poprzedniej części, rozważany jest tylko HBr, a nie cząsteczka wody. Jeśli masa cząsteczkowa pochodzi ze wzoru Br-H3O+ miałaby wartość około 99 g / mol.

Wygląd fizyczny

Bezbarwna lub jasnożółta ciecz, która zależy od stężenia rozpuszczonego HBr. Im bardziej jest żółta, tym bardziej będzie skoncentrowana i niebezpieczna.

Zapach

Ostry, irytujący.

Próg zapachu

6,67 mg / m3.

Gęstość

1,49 g / cm3 (roztwór wodny w 48% w / w). Ta wartość, podobnie jak odpowiadająca temperaturom topnienia i wrzenia, zależy od ilości rozpuszczonego HBr w wodzie.

Temperatura topnienia

-11ºC (12ºF, 393ºK) (roztwór wodny o stężeniu 49% w / w).

Temperatura wrzenia

122 ° C (252 ° F 393 ° K) przy 700 mm Hg (roztwór wodny 47-49% w / w).

Rozpuszczalność w wodzie

-221 g / 100 ml (w 0 ° C).

-204 g / 100 ml (15 ° C).

-130 g / 100 ml (100 ° C).

Te wartości odnoszą się do gazowego HBr, a nie do kwasu bromowodorowego. Jak można zauważyć, zwiększenie temperatury zmniejsza rozpuszczalność HBr; zachowanie, które jest naturalne w gazach. W konsekwencji, jeśli wymagane są stężone roztwory HBr (ac), lepiej jest z nimi pracować w niskich temperaturach.

W przypadku pracy w wysokich temperaturach HBr ucieknie w postaci gazowych cząsteczek dwuatomowych, więc reaktor musi zostać uszczelniony, aby zapobiec wyciekowi.

Gęstość pary

2,71 (w odniesieniu do powietrza = 1).

Kwasowość pKa

-9,0. Ta stała tak negatywna wskazuje na jej wielką 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 dwa fakty: obecność wody, a brom ma wartość -1 w związku. W języku angielskim jest to nieco bardziej oczywiste: kwas bromowodorowy, gdzie przedrostek „hydro” (lub hydro) odnosi się do wody; chociaż, naprawdę, może również odnosić się do wodoru.

Brom ma wartość -1, ponieważ jest związany z atomem wodoru mniej elektroujemny niż jest; ale jeśli jest połączony lub oddziałuje z atomami tlenu, może mieć wiele wartościowości, takich jak: +2, +3, +5 i +7. Z H może przyjąć tylko jedną wartościowość i dlatego przyrostek -ico dodaje się do jego nazwy.

Podczas gdy HBr (g), bromowodór, jest bezwodny; to znaczy, że nie ma wody. Dlatego jest nazywany zgodnie z innymi standardami nomenklatury, odpowiadającymi standardom halogenków wodoru.

Jak się tworzy?

Istnieje kilka metod syntezy kwasu bromowodorowego. Niektóre z nich to:

Mieszanina wodoru i bromu w wodzie

Bez opisywania szczegółów technicznych kwas ten można otrzymać z bezpośredniej mieszaniny wodoru i bromu w reaktorze wypełnionym wodą.

H2  +  Br2  => HBr

W ten sposób, gdy tworzy się HBr, rozpuszcza się w wodzie; Może to przeciągnąć go do destylacji, więc roztwory mogą być ekstrahowane przy różnych stężeniach. Wodór jest gazem, a brom ciemnoczerwonym płynem.

Tribromek fosforu

W bardziej skomplikowanym procesie miesza się piasek, uwodniony czerwony fosfor i brom. Pułapki wodne umieszcza się w łaźniach lodowych, aby zapobiec ucieczce HBr i utworzeniu zamiast tego kwasu bromowodorowego. Reakcje są:

2P + 3Br2  => 2PBr3

PBr3  +  3H2O => 3HBr + H3PO3

Dwutlenek siarki i brom

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

Br2  +  TAK2  +  2H2O => 2HBr + H2TAK4

To jest reakcja redoks. Fr.2 zmniejsza, zyskuje elektrony, łącząc się z wodorami; podczas gdy SO2 utlenia się, traci elektrony, gdy tworzy więcej wiązań kowalencyjnych z innymi tlenami, jak w kwasie siarkowym.

Używa

Przygotowanie bromków

Sole bromkowe można wytworzyć, jeśli HBr (ac) poddaje się reakcji z wodorotlenkiem metalu. Na przykład rozważa się produkcję bromku wapnia:

Ca (OH)2 + 2HBr => CaBr2 +  H2O

Innym przykładem jest bromek sodu:

NaOH + HBr => NaBr + H2O

W ten sposób można przygotować wiele nieorganicznych bromków.

Synteza halogenków alkilowych

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

Odwodnienie alkoholi

Surowcem do ich uzyskania mogą być alkohole. Gdy są sprotonowane przez kwasowość HBr, tworzą wodę, która jest dobrą grupą wychodzącą, a zamiast tego zostaje włączony objętościowy atom Br, który stanie się kowalencyjnie związany z węglem:

ROH + HBr => RBr + H2O

To odwodnienie przeprowadza się w temperaturach powyżej 100 ° C, w celu ułatwienia zerwania wiązania R-OH2+.

Dodatek do alkenów i alkinów

Cząsteczka HBr może być dodana z jej wodnego roztworu do podwójnego lub potrójnego wiązania alkenu lub alkinu:

R2C = CR2 + HBr => RHC-CRBr

RC≡CR + HBr => RHC = CRBr

Można uzyskać kilka produktów, ale w prostych warunkach produkt najpierw tworzy się, gdy brom jest połączony z węglem wtórnym, trzeciorzędowym lub czwartorzędowym (zasada Markovnikova).

Te halogenki wpływają na syntezę innych związków organicznych, a ich zakres zastosowań jest bardzo szeroki. Ponadto niektóre z nich można nawet wykorzystać w syntezie lub projektowaniu nowych leków.

Eteryczne kliknięcie

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

Reakcję można schematować za pomocą następującego równania chemicznego:

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

A woda jest również uwalniana.

Katalizator

Jego kwasowość jest taka, że ​​można go stosować jako skuteczny katalizator kwasowy. Zamiast dodawać anion Br- do struktury molekularnej otwiera drogę dla innej cząsteczki.

Referencje

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