Właściwości i zastosowania kwasu bromowego (HBrO2)



The kwas bromowy jest związkiem nieorganicznym o wzorze HBrO2. Wspomniany kwas jest jednym z kwasów tlenowych bromu, w których występuje w stanie utlenienia 3+. Sole tego związku są znane jako bromitos. Jest to niestabilny związek, którego nie można wyizolować w laboratorium.

Ta niestabilność, analogiczna do kwasu jodozowego, jest spowodowana reakcją dysmutacji (lub dysproporcjonowaniem) w celu utworzenia kwasu bromowego i kwasu bromowego w następujący sposób: 2HBrO2 → HBrO + HBrO3.

Kwas bromowy może działać jako półprodukt w różnych reakcjach utleniania podbrominów (Ropp, 2013). Można go uzyskać za pomocą środków chemicznych lub elektrochemicznych, w których hipobromit jest utleniany do jonu bromowego, na przykład:

HBrO + HClO → HBrO2 + HCl

HBrO + H2O + 2e- → HBrO2 + H2

Indeks

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

Właściwości fizyczne i chemiczne

Jak wspomniano powyżej, kwas bromowy jest niestabilnym związkiem, który nie został wyizolowany, więc jego właściwości fizyczne i chemiczne są uzyskiwane, 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 zanotowano żadnego rodzaju ryzyka w 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 użyciu zatrzymanego przepływu.

Zależności [H+] i [Br (III)] były kolejno w kolejności 1 i 2, gdzie nie znaleziono 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. Badanie to zapewnia stałe prędkości 39,1 ± 2,6 M-1  za reakcję:

HBrO2 + BrO2→ HOBr + Br03-

Stałe prędkości 800 ± 100 M-1 za reakcję:

2HBr02 → HOBr + Br03- + H+

I iloraz równowagi 3,7 ± 0,9 X 10-4  za reakcję:

HBr02 ⇌ H + + BrO2-

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

Używa

Związki ziem alkalicznych

Kwas bromowy lub bromek sodu stosuje się do wytwarzania bromku berylu zgodnie z reakcją:

Be (OH)2 + HBrO2 → Be (OH) BrO2 + H2O

Bromitos są żółte w stanie stałym lub w roztworach wodnych. Związek ten jest stosowany przemysłowo jako środek odkamieniania oksydacyjnych skrobi w procesie rafinacji tekstyliów (Egon Wiberg, 2001).

Środek redukujący

Kwas bromowy lub bromitos można stosować do redukcji jonu nadmanganianowego do manganianu w następujący sposób:

2MnO4- + BrO2- + 2OH-→ BrO3- + 2MnO42- + H2O

Co jest wygodne do przygotowania roztworów manganu (IV).

Reakcja Biełousowa-Żabotyńskiego

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

W tej reakcji miesza się trzy roztwory, tworząc zielony kolor, który zmienia kolor na niebieski, fioletowy i czerwony, a następnie powraca do koloru zielonego i powtarza się.

Trzy zmieszane rozwiązania są następujące: rozwiązanie KBrO3 0,23 M, 0,31 M roztwór kwasu malonowego z 0,059 M KBr i 0,019 M roztwór azotanu ceru (IV) amonu i H2TAK4 2,7M.

Podczas prezentacji do roztworu wprowadzana jest niewielka ilość ferroiny wskaźnikowej. Jony manganu można stosować zamiast ceru. Ogólna reakcja B-Z to katalizowane przez cer utlenianie kwasu malonowego przez jony bromianowe w rozcieńczonym kwasie siarkowym, jak przedstawiono w następującym równaniu:

3CH2 (CO2H)2 + 4 BrO3- → 4 br- + 9 CO2 + 6 H2O (1)

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

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

Proces A to redukcja jonów bromianowych przez jony bromkowe w dwóch transferach elektronów. Może to być reprezentowane przez tę reakcję sieci:

BrO3- + 5Br- + 6H+ → 3Br2 + 3H2O (2)

Dzieje się tak, gdy mieszane są rozwiązania A i B. Proces ten odbywa się w następujących trzech krokach:

BrO3- + Br- +2 H+ → HBrO2 + HOBr (3)

HBrO2 + Br- + H+ → 2 HOBr (4)

HOBr + Br- +H+ → Fr.2 + H2O (5)

Brom powstały w wyniku reakcji 5 reaguje z kwasem malonowym, ponieważ powoli ulega enolizie, co przedstawia poniższe równanie:

Br2 + CH2 (CO2H)2 → BrCH (CO2H)2 + Br- + H (6)

Reakcje te działają w celu zmniejszenia stężenia jonów bromkowych w roztworze. Dzięki temu proces B staje się dominujący. Ogólna reakcja procesu B jest reprezentowana przez następujące równanie:

2BrO3- + 12H+ + 10 Ce3+ → Fr.2 + 10Ce4+· 6H2O (7)

I składa się z następujących kroków:

BrO3- + HBrO2 + H+ → 2BrO2 • + H2O (8)

BrO2 • + Ce3+ + H+ → HBrO2 + Ce4+ (9)

2 HBrO2 → HOBr + BrO3- + H+ (10)

2 HOBr → HBrO2 + Br- + H+ (11)

HOBr + Br- + H+ → Fr.2 + H2O (12)

Kluczowe elementy tej sekwencji obejmują wynik netto równania 8 plus dwa razy równanie 9, które pokazano poniżej:

2Ce3+ + BrO3 - + HBrO2 + 3H+ → 2Ce4+ + H2O + 2HBrO2 (13)

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

Reakcje 11 i 12 przedstawiają dysproporcję kwasu hiperbromowego do kwasu bromowego 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 żelaza i ceru.

Ferroina dostarcza dwóch kolorów widocznych w tej reakcji: gdy [Ce (IV)] wzrasta, 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 będzie powtarzany kilka razy. Czyszczenie wyrobów szklanych jest problemem, ponieważ oscylacje są przerywane przez zanieczyszczenie jonami chlorkowymi (Horst Dieter Foersterling, 1993).

Referencje

  1. kwas bromowy (2007, 28 października). Źródło: ChEBI: ebi.ac.uk.
  2. Egon Wiberg, N. W. (2001). Chemia nieorganiczna london-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 kwasowości. Phys. Chem 97 (30), 7932-7938.
  4. kwas jodowy. (2013-2016). Pobrane z molbase.com.
  5. National Center for Biotechnology Information. (2017, 4 marca). PubChem Compound Database; 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 Chemiczne. (2015). Kwas bromowy. Źródło: chemspider.com.
  9. Stanley, A. A. (2000, 4 grudnia). Advanced Inorganic Chemistry Demonstration Summary reakcja oscylacyjna.