Ty, které tvoří soli, část 4 Brom

Dalším prvkem z rodiny halogenů je brom. Zaujímá místo mezi chlorem a jodem (společně tvoří podrodinu halogenů) a jeho vlastnosti jsou průměrné ve srovnání s jeho sousedy v horní a dolní části skupiny. Kdo si však myslí, že jde o nezajímavý prvek, bude na omylu.

Například brom je jedinou kapalinou mezi nekovy a také jeho barva zůstává ve světě prvků jedinečná. Hlavní však je, že se s ním dají doma provádět zajímavé experimenty.

- Něco tu smrdí! -

...... zvolal francouzský chemik Joseph Gay-Lussackdyž v létě 1826 jménem Francouzské akademie zkontroloval zprávu o objevu nového prvku. Její autor byl více neznámý Antoine Balar. O rok dříve tento 23letý lékárník prozkoumal možnost výroby jódu z pivovarských roztoků, které zbyly po krystalizaci kamenné soli z mořské vody (metoda používaná k výrobě soli v teplých klimatických podmínkách, jako je francouzské pobřeží Středozemního moře). Roztokem probublával chlór a vytlačoval z jeho soli jód. Přijal živel, ale všiml si něčeho jiného - filmu nažloutlé kapaliny se silným zápachem. Oddělil to a pak sloučil. Ukázalo se, že zbytek je tmavě hnědá kapalina, na rozdíl od jakékoli známé látky. Výsledky testů Balar ukázaly, že se jedná o nový prvek. Proto poslal zprávu Francouzské akademii a čekal na její verdikt. Poté, co byl Balarův objev potvrzen, bylo pro prvek navrženo jméno. bróm, odvozené z řeckého bromos, tzn. zápach, protože zápach bromu není příjemný (1).

Varování! Nepříjemný zápach není jedinou nevýhodou bromu. Tento prvek je stejně škodlivý jako vyšší halogeny a jakmile se dostane na kůži, zanechává rány, které se obtížně hojí. Proto by se v žádném případě neměl získávat brom v jeho čisté formě a vyhýbat se vdechování zápachu jeho roztoku.

prvek mořské vody

Mořská voda obsahuje téměř všechen brom, který je přítomen na zeměkouli. Vystavení chlóru způsobuje uvolňování bromu, který se těká se vzduchem používaným k vyfukování vody. V jímce se brom kondenzuje a poté se čistí destilací. Kvůli levnější konkurenci a menší reaktivitě se brom používá pouze v případě potřeby. Mnoho použití je pryč, jako je bromid stříbrný ve fotografii, přísady do olovnatého benzínu a halonová hasicí činidla. Brom je součástí brom-zinkových baterií a jeho sloučeniny se používají jako léčiva, barviva, přísady ke snížení hořlavosti plastů a přípravky na ochranu rostlin.

Chemicky se brom neliší od ostatních halogenů: tvoří silnou kyselinu bromovodíkovou HBr, soli s bromovým aniontem a některé kyslíkaté kyseliny a jejich soli.

Analytik bromu

Reakce charakteristické pro bromidový aniont jsou podobné experimentům prováděným pro chloridy. Po přidání roztoku dusičnanu stříbrného AgNO₃ špatně rozpustná sraženina AgBr precipituje, na světle tmavne fotochemickým rozkladem. Sraženina má nažloutlou barvu (na rozdíl od bílého AgCl a žlutého AgI) a je špatně rozpustná, když se přidá roztok amoniaku NH._3aq (což jej odlišuje od AgCl, který je za těchto podmínek vysoce rozpustný) (2). 

2. Porovnání barev halogenidů stříbra - níže vidíte jejich rozpad po vystavení světlu.

Nejjednodušší způsob detekce bromidů je jejich oxidace a stanovení přítomnosti volného bromu. K testu budete potřebovat: bromid draselný KBr, manganistan draselný KMnO₄, roztok kyseliny sírové (VI) H₂SO₄ a organické rozpouštědlo (např. ředidlo barev). Nalijte malé množství roztoků KBr a KMnO do zkumavky.₄a poté pár kapek kyseliny. Obsah okamžitě zežloutne (původně byl fialový z přidaného manganistanu draselného):

2KMno₄ +10KBr +8H₂SO4 -> 2MnSO₄ + 6 tisíc₂SO₄ +5Br₂ + 8H₂O Přidat zobrazování

3. Brom extrahovaný z vodné vrstvy (dole) barví vrstvu organického rozpouštědla červenohnědě (nahoře).

rozpouštědlem a protřepejte lahvičku, aby se obsah promíchal. Po sloupnutí uvidíte, že organická vrstva získala hnědočervenou barvu. Brom se lépe rozpouští v nepolárních kapalinách a přechází z vody do rozpouštědla. Pozorovaný jev extrakce (3). 

Bromová voda doma

bromová voda je vodný roztok získaný průmyslově rozpuštěním bromu ve vodě (asi 3,6 g bromu na 100 g vody). Je to činidlo používané jako mírné oxidační činidlo a k detekci nenasycené povahy organických sloučenin. Volný brom je však nebezpečná látka a navíc bromová voda je nestabilní (brom se z roztoku odpařuje a reaguje s vodou). Proto je nejlepší si to trochu obejít a hned to použít pro experimenty.

Již jste se naučili první metodu detekce bromidů: oxidaci vedoucí ke vzniku volného bromu. Tentokrát přidejte několik kapek H do roztoku bromidu draselného KBr v baňce.₂SO₄ a část peroxidu vodíku (3% H₂O₂ používá se jako dezinfekční prostředek). Po chvíli směs zežloutne:

2KBr+H₂O₂ +H₂SO₄ →K₂SO₄ + Br₂ + 2H₂O

Takto získaná bromová voda je znečištěná, ale X je jediným problémem.₂O₂. Proto musí být odstraněn pomocí oxidu manganičitého MnO.₂který rozloží přebytečný peroxid vodíku. Nejjednodušší způsob, jak získat sloučeninu, je z jednorázových článků (označených jako R03, R06), kde je ve formě tmavé hmoty vyplňující zinkový kalíšek. Do baňky vložte špetku hmoty a po reakci slijte supernatant a činidlo je připraveno.

Další metodou je elektrolýza vodného roztoku KBr. Pro získání relativně čistého roztoku bromu je nutné postavit membránový elektrolyzér, tzn. stačí kádinku rozdělit vhodným kusem lepenky (snížíte tak promíchávání reakčních produktů na elektrodách). Grafitová tyčinka odebraná z jednorázového článku 3 uvedeného výše bude použita jako kladná elektroda a obyčejný hřebík jako záporná elektroda. Zdrojem energie je knoflíková baterie 4,5 V. Nalijte roztok KBr do kádinky, vložte elektrody s připojenými dráty a připojte baterii k drátům. V blízkosti kladné elektrody roztok zežloutne (toto je vaše bromová voda) a na záporné elektrodě se vytvoří vodíkové bubliny (4). Nad sklenicí je cítit silný zápach bromu. Natáhněte roztok injekční stříkačkou nebo pipetou.

4. Domácí diafragmový článek vlevo a stejný článek při výrobě bromové vody (vpravo). Činidlo se hromadí kolem kladné elektrody; na záporné elektrodě jsou viditelné vodíkové bubliny.

Bromovou vodu můžete krátkodobě skladovat v dobře uzavřené nádobě, chráněné před světlem a na chladném místě, ale je lepší ji hned vyzkoušet. Pokud jste vyrobili škrobové jodové papírky podle receptury z druhé části cyklu, dejte na papír kapku bromové vody. Okamžitě se objeví tmavá skvrna, která signalizuje tvorbu volného jódu:

2KI + Br.₂ → i₂ + KVg

Stejně jako se brom získává z mořské vody vytěsňováním z bromidů silnějším oxidačním činidlem (), tak brom vytlačuje jód slabší než je tomu z jodidů (chlor samozřejmě vytěsní i jód).

Pokud nemáte škrobový jodový papírek, nalijte do zkumavky roztok jodidu draselného a přidejte pár kapek bromové vody. Roztok ztmavne a po přidání škrobového indikátoru (suspenze bramborové moučky ve vodě) se zbarví tmavě modře – výsledek indikuje výskyt volného jódu (5). 

5. Detekce bromu. Nahoře - škrobový jódový papír, dole - roztok jodidu draselného s indikátorem škrobu (vlevo - reakční činidla, vpravo - výsledek míchání roztoků).

Dva kuchyňské pokusy.

Z mnoha pokusů s bromovou vodou navrhuji dva, na které budete potřebovat činidla z kuchyně. V první vyndejte láhev řepkového oleje,

7. Reakce bromové vody s rostlinným olejem. Je vidět vrchní vrstva oleje (vlevo) a spodní vrstva vody obarvená bromem před reakcí (vlevo). Po reakci (vpravo) se vodná vrstva odbarvila.

slunečnicový nebo olivový olej. Do zkumavky s bromovou vodou nalijte malé množství rostlinného oleje a obsah protřepejte, aby se činidla dobře promíchala. Jak se labilní emulze rozpadne, olej bude nahoře (méně hustý než voda) a bromová voda dole. Vodní vrstva však ztratila nažloutlou barvu. Tento efekt „zakazuje“ vodný roztok a využívá jej k reakci se složkami oleje (6). 

Rostlinný olej obsahuje poměrně hodně nenasycených mastných kyselin (spojení s glycerinem za vzniku tuků). Atomy bromu jsou navázány na dvojné vazby v molekulách těchto kyselin, čímž se tvoří odpovídající deriváty bromu. Změna barvy bromové vody je známkou toho, že v testovaném vzorku jsou přítomny nenasycené organické sloučeniny, tzn. sloučeniny, které mají dvojné nebo trojné vazby mezi atomy uhlíku (7). 

Pro druhý kuchyňský pokus si připravte jedlou sodu, tedy hydrogenuhličitan sodný, NaHCO.₃a dva cukry – glukózu a fruktózu. Sodu a glukózu si můžete koupit v obchodě s potravinami a fruktózu v kiosku pro diabetiky nebo v obchodě se zdravou výživou. Glukóza a fruktóza tvoří sacharózu, což je běžný cukr. Navíc jsou si velmi podobné vlastnostmi a mají stejný celkový vzorec, a pokud by to nestačilo, snadno přecházejí do sebe. Pravda, jsou mezi nimi rozdíly: fruktóza je sladší než glukóza a v roztoku otáčí rovinu světla jiným směrem. Pro identifikaci však použijete rozdíl v chemické struktuře: glukóza je aldehyd a fruktóza je keton.

7. Reakce adice bromu na vazbu

Možná si pamatujete, že redukující cukry se identifikují pomocí Trommerova a Tollensova testu. Vnější pohled na cihlové ložisko Cu₂O (v prvním pokusu) nebo stříbrné zrcadlo (v druhém) ukazuje na přítomnost redukujících sloučenin, jako jsou aldehydy.

Tyto pokusy však nerozlišují mezi aldehydem glukózy a ketonem fruktózy, protože fruktóza rychle změní svou strukturu v reakčním médiu a přemění se na glukózu. Je zapotřebí řidší činidlo.

Halogeny jako 

Existuje skupina chemických sloučenin, které jsou svými vlastnostmi podobné podobným sloučeninám. Tvoří kyseliny obecného vzorce HX a soli s mononegativními anionty X–, přičemž tyto kyseliny nevznikají z oxidů. Příklady takových pseudohalogenů jsou jedovatá kyselina kyanovodíková HCN a neškodný thiokyanát HSCN. Některé z nich dokonce tvoří dvouatomové molekuly, jako je kyanogen (CN).₂.

Zde vstupuje do hry bromová voda. Připravte roztoky: glukózu s přídavkem NaHCO₃ a fruktóza, také s přídavkem jedlé sody. Nalijte připravený roztok glukózy do jedné zkumavky s bromovou vodou a roztok fruktózy do druhé, rovněž s bromovou vodou. Rozdíl je jasně viditelný: bromová voda se působením roztoku glukózy odbarvila a fruktóza nezpůsobila žádné změny. Tyto dva cukry lze rozlišit pouze v mírně alkalickém prostředí (opatřeném hydrogenuhličitanem sodným) a s mírným oxidačním činidlem, tj. bromovou vodou. Použití silně alkalického roztoku (nezbytného pro Trommerův a Tollensův test) způsobuje rychlou přeměnu jednoho cukru na jiný a odbarvení bromové vody také fruktózou. Pokud to chcete vědět, zopakujte test s použitím hydroxidu sodného místo jedlé sody.