Властивості та застосування бромної кислоти (HBrO2)



The бромна кислота являє собою неорганічну сполуку формули HBrO2. Зазначена кислота є однією з оксокислотних кислот брому, де вона знаходиться з ступенем окислення 3+. Солі цього з'єднання відомі як бромід. Це нестійка сполука, яка не може бути ізольована в лабораторії.

Ця нестабільність, аналогічна йодогенній кислоті, обумовлена ​​реакцією димутації (або диспропорціонування) з утворенням гипобромной кислоти і бромної кислоти наступним чином: 2HBrO2 → HBrO + HBrO3.

Бромна кислота може виступати в якості проміжного в різних реакціях при окисленні гипобромитов (Ropp, 2013). Він може бути отриманий хімічним або електрохімічним засобом, де гипобромит окислюється до іона броміту, наприклад:

HBrO + HClO → HBrO2 + HCl

HBrO + H2O + 2e- → HBrO2 + H2

Індекс

  • 1 Фізико-хімічні властивості
  • 2 Використання
    • 2.1 Лужноземельні сполуки
    • 2.2 Редукуючий агент
    • 2.3 Реакція Бєлоусова-Жаботинського
  • 3 Посилання

Фізико-хімічні властивості

Як зазначалося вище, бромна кислота є нестабільною сполукою, яка не була виділена, тому її фізико-хімічні властивості отримані, за деякими винятками, теоретично через обчислювальні розрахунки (Національний центр біотехнологічної інформації, 2017)..

З'єднання має молекулярну масу 112,91 г / моль, температуру плавлення 207,30 ° С і температуру кипіння 522,29 ° С. Його розчинність у воді оцінюється в 1 х 106 мг / л (Королівське хімічне товариство, 2015 р.).

Жодного типу ризику не було зареєстровано при поводженні з цією сполукою, однак було встановлено, що вона є слабкою кислотою.

Кінетику реакції диспропорціонування брому (III), 2Br (III) → Br (1) + Br (V) вивчали у фосфатному буфері, в діапазоні рН 5,9-8,0, контролюючи оптичну абсорбцію при 294 нм використовують зупинений потік.

Залежності [H+] і [Br (III)] були порядку 1 і 2 відповідно, де не було знайдено залежності від [Br-]. Реакцію також досліджували в ацетатном буфері, в діапазоні рН 3,9 - 5,6.

В межах помилки експерименту не було знайдено жодних доказів для прямої реакції між двома іонами BrO2. Це дослідження дає константи швидкості 39,1 ± 2,6 М-1  для реакції:

HBrO2 + BrO2→ HOBr + Br03-

Константи швидкості 800 ± 100 М-1 для реакції:

2HBr02 → HOBr + Br03- + H+

І рівноважний коефіцієнт 3,7 ± 0,9 X 10-4  для реакції:

HBr02 + H + + BrO2-

Отримання експериментальної рКа 3,43 при іонній силі 0,06 М і 25,0 ° С (R. B. Faria, 1994).

Використання

З'єднання лужноземельних

Бромна кислота або бромід натрію використовують для одержання берилієвого броміду згідно з реакцією:

Be (OH)2 + HBrO2 → Be (OH) BrO2 + H2O

Броміти є жовтими у твердому стані або у водних розчинах. Ця сполука використовується промислово як засіб видалення накипу окислювальних крохмалів при очищенні тканин (Egon Wiberg, 2001).

Відновник

Бромна кислота або бромід можуть бути використані для зменшення перманганатного іона до манганату наступним чином:

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

Що зручно для приготування марганцевих (IV) розчинів.

Реакція Белоусова-Жаботинського

Бромна кислота є важливим проміжним елементом у реакції Белоусова-Жаботинського (Stanley, 2000), що є надзвичайно візуальною демонстрацією.

У цій реакції змішують три розчини, щоб утворити зелений колір, який стає блакитним, пурпуровим і червоним, а потім повертається до зеленого і повторюється.

Три змішаних розчину наступні: розчин KBrO3 0,23 М, 0,31 М розчину малонової кислоти з 0,059 М KBr і 0,019 М розчином церію (IV) аміачної селітри і Н2SO4 2.7M.

Під час презентації в розчин вводять невелику кількість індикатора фероїну. Іони марганцю можна використовувати замість церію. Загальна реакція B-Z являє собою каталізоване церієм окислення малонової кислоти броматами в розведеної сірчаної кислоти, як представлено в наступному рівнянні:

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

Механізм цієї реакції включає два процеси. Процес A включає іони і перенесення двох електронів, а процес B включає радикали і перенесення електрона.

Концентрація бромід-іонів визначає, який процес є домінуючим. Процес А є домінуючим, коли концентрація бромідних іонів висока, тоді як процес В є домінуючим, коли концентрація бромідних іонів низька.

Процес A - це зменшення кількості бромат-іонів бромид-іонами в двох електронних переносах. Це може бути представлено цією чистою реакцією:

BrO3- + 5Br- + 6H+ → 3Br2 + 3H2O (2)

Це відбувається, коли рішення А і В є змішаними.Це процес відбувається через наступні три кроки:

BrO3- + Br- +2 H+ → HBrO2 + HOBr (3)

HBrO2 + Br- + H+ → 2 HOBr (4)

HOBr + Br- +H+ → Br2 + H2O (5)

Бром, що утворюється в результаті реакції 5, реагує з малоновою кислотою, оскільки вона повільно енолізується, як представлено наступним рівнянням:

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

Ці реакції працюють для зниження концентрації бромид-іонів в розчині. Це дозволяє процесу Б стати домінуючим. Загальна реакція процесу B представлена ​​наступним рівнянням:

2BrO3- + 12H+ + 10 Ce3+ → Br2 + 10Ce4+· 6H2O (7)

Він складається з наступних кроків:

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+ → Br2 + H2O (12)

Ключові елементи цієї послідовності включають чистий результат рівняння 8 плюс двічі рівняння 9, яке показано нижче: \ t

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

Ця послідовність продукує бромированную кислоту автокаталитически. Автокаталіз є суттєвою особливістю цієї реакції, але вона не продовжується до тих пір, поки реагенти не вичерпаються, оскільки відбувається руйнування HBrO2 другого порядку, як видно в реакції..

Реакції 11 і 12 являють собою диспропорцію гіпербромної кислоти до бромної кислоти і Br2. Іони церію (IV) і бром окислюють малонову кислоту, утворюючи іони броміду. Це викликає збільшення концентрації бромид-іонів, що реактивує процес А.

Кольори в цій реакції в основному утворюються в результаті окислення і відновлення комплексів заліза і церію.

Ферроїн дає два кольори, що спостерігаються в цій реакції: оскільки [Ce (IV)] збільшується, він окислює залізо у фероїні від червоного заліза (II) до синього заліза (III). Церій (III) безбарвний і церій (IV) жовтий. Комбінація церію (IV) і заліза (III) робить колір зеленим.

У відповідних умовах цей цикл буде повторюватися кілька разів. Очищення посуду викликає занепокоєння, оскільки коливання перериваються забрудненням іонами хлору (Horst Dieter Foersterling, 1993).

Список літератури

  1. бромна кислота (2007, 28 жовтня). Отримано з ChEBI: ebi.ac.uk.
  2. Egon Wiberg, N. W. (2001). Неорганічна хімія london-san diego: академічна преса.
  3. Horst Dieter Foersterling, М. V. (1993). Бромна кислота / церій (4+): реакція і диспропорціонування HBrO2 виміряні в розчині сірчаної кислоти при різних кислотностях. Chem 97 (30), 7932-7938.
  4. йодна кислота. (2013-2016). Отримано з molbase.com.
  5. Національний центр біотехнологічної інформації. (2017, 4 березня). База даних PubChem Compound; CID = 165616.
  6. B. Faria, I. R. (1994). Кінетика диспропорціонування і pKa бромної кислоти. J. Phys. Chem. 98 (4), 1363-1367. 
  7. Ropp, R. C. (2013). Енциклопедія лужних сполук Землі. Оксфорд: Ельфійський.
  8. Королівське хімічне товариство. (2015). Бромна кислота. Отримано з chemspider.com.
  9. Stanley, A. A. (2000, 4 грудня). Розширена демонстрація неорганічної хімії Резюме коливальної реакції.