حمض البروم (HBrO2): الخصائص الفيزيائية والكيميائية ، والاستخدامات

حمض البروميك هو مركب غير عضوي من الصيغة HBrO2. حمض سعيد هو واحد من أحماض أوكسيد البروم حيث يوجد مع حالة الأكسدة 3+. وتعرف أملاح هذا المركب باسم البروميتوس. إنه مركب غير مستقر لم يتم عزله في المختبر.

سبب عدم الاستقرار هذا ، المشابه لحمض اليودوسيك ، هو رد فعل تفكك (أو عدم تناسق) لتشكيل حمض نقص البروم وحمض البروميك بالطريقة التالية: 2HBrO 2 → HBrO + HBrO 3.

يمكن أن يعمل حمض البروميك كوسيط في تفاعلات مختلفة في أكسدة hypobromites (Ropp ، 2013). يمكن الحصول عليها بالوسائل الكيميائية أو الكهروكيميائية حيث يتأكسد الهيبوبروميت إلى أيون البروميت ، على سبيل المثال:

HBrO + HClO → HBrO 2 + HCl

HBrO + H 2 O + 2e- → HBrO 2 + H 2

الخصائص الفيزيائية والكيميائية

كما ذكر أعلاه ، يعد حمض البروميك مركبًا غير مستقر ولم يتم عزله ، وبالتالي يتم الحصول على خواصه الفيزيائية والكيميائية ، مع بعض الاستثناءات ، من الناحية النظرية من خلال الحسابات الحسابية (المركز الوطني لمعلومات التكنولوجيا الحيوية ، 2017).

يبلغ وزن المركب 112.91 جم / مول ، ونقطة انصهار تبلغ 207.30 درجة مئوية ونقطة غليان تبلغ 522.29 درجة مئوية. تقدر قابلية ذوبانه في الماء بحوالي 1 × 106 مجم / لتر (الجمعية الملكية للكيمياء ، 2015).

لم يتم تسجيل أي نوع من المخاطر في التعامل مع هذا المركب ، ومع ذلك ، فقد وجد أنه حمض ضعيف.

تمت دراسة حركية التفاعل غير المتناسب للبروم (III) ، 2Br (III) → Br (1) + Br (V) ، في المخزن المؤقت للفوسفات ، في نطاق درجة الحموضة من 5.9-8.0 ، ومراقبة الامتصاص البصري في 294 نانومتر باستخدام توقف التدفق.

كانت تبعيات [H +] و [Br (III)] بالترتيب 1 و 2 على التوالي ، حيث لم يتم العثور على الاعتماد على [Br-]. تمت دراسة التفاعل أيضا في محلول خلات ، في نطاق الأس الهيدروجيني من 3.9-5.6.

ضمن الخطأ التجريبي ، لم يتم العثور على أي دليل على رد فعل مباشر بين اثنين من الأيونات. توفر هذه الدراسة ثوابت السرعة 39.1 ± 2.6 M-1 للتفاعل:

HBrO 2 + BrO 2 → HOBr + Br0 3 -

ثوابت السرعة من 800 ± 100 M-1 للتفاعل:

2HBr0 2 → HOBr + Br0 3 - + H +

وحاصل توازن يبلغ 3.7 ± 0.9 X 10-4 للتفاعل:

HBr02 ⇌ H + + BrO 2 -

الحصول على pKa تجريبي من 3.43 في قوة الأيونية من 0.06 م و 25.0 درجة مئوية (RB Faria ، 1994).

تطبيقات

مركبات الأرض القلوية

يستخدم حمض البروميك أو بروميد الصوديوم لإنتاج بروميد البريليوم طبقًا للتفاعل:

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

البروميتوس أصفر في الحالة الصلبة أو في المحاليل المائية. يستخدم هذا المركب صناعيا كعامل لإزالة الترسبات من النشويات المؤكسدة في صقل المنسوجات (Egon Wiberg، 2001).

وكيل الحد

يمكن استخدام حمض البروميك أو البروميتوس لتقليل أيون برمنغنات إلى مانجانات بالطريقة التالية:

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

ما هو مناسب لإعداد حلول المنغنيز (الرابع).

رد فعل Belousov-Zhabotinski

يعمل حمض البروميك كوسيط مهم في تفاعل Belousov-Zhabotinski (ستانلي ، 2000) ، وهو مظاهرة ملفتة للنظر للغاية.

في هذا التفاعل ، يتم خلط ثلاثة محاليل لتشكيل لون أخضر يتحول إلى اللون الأزرق والأرجواني والأحمر ، ثم يتحول إلى اللون الأخضر ويتكرر.

الحلول الثلاثة المختلطة هي: محلول 0.25 M KBrO 3 ، محلول حمض مالونيك 0.31 M مع 0.059 M KBr ومحلول نترات الأمونيوم 0.019 سيريوم (IV) و H 2 SO 4 2.7M.

خلال العرض التقديمي ، يتم إدخال كمية صغيرة من الفيرورين المؤشر في الحل. يمكن استخدام أيونات المنجنيز بدلاً من السيريوم. تفاعل BZ العالمي هو أكسدة حمض السيومونيوم المحفزة بواسطة أيونات البرومات في حمض الكبريتيك المخفف كما هو موضح في المعادلة التالية:

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

تتضمن آلية رد الفعل هذا عمليتين. تتضمن العملية A أيونات ونقل إلكترونين ، بينما تتضمن العملية B جذريات وعمليات نقل للإلكترون.

يحدد تركيز أيونات البروميد العملية المهيمنة. تكون العملية A مهيمنة عندما يكون تركيز أيونات البروميد مرتفعًا ، بينما تكون العملية B هي المهيمنة عندما يكون تركيز أيونات البروميد منخفضًا.

العملية A هي تقليل أيونات البروم بواسطة أيونات البروميد في عمليتي نقل إلكترون. يمكن تمثيله برد الفعل الصافي هذا:

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

يحدث هذا عندما يتم خلط الحلول A و B. وتحدث هذه العملية من خلال الخطوات الثلاث التالية:

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)

يتفاعل البروم الناتج عن التفاعل 5 مع حمض malonic لأنه ينشط ببطء ، كما هو موضح بالمعادلة التالية:

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

تعمل هذه التفاعلات على تقليل تركيز أيونات البروميد في المحلول. هذا يسمح للعملية B لتصبح المهيمنة. يمثل رد الفعل الكلي للعملية B بالمعادلة التالية:

2BrO3- + 12H + + 10 Ce3 + → Br 2 + 10Ce4 + · 6H 2 O (7)

وتتكون من الخطوات التالية:

BrO 3 - + HBrO 2 + H + → 2BrO 2 • + H 2 O (8)

BrO 2 • + Ce3 + + H + → HBrO 2 + Ce4 + (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)

تشمل العناصر الرئيسية لهذا التسلسل النتيجة الصافية للمعادلة 8 زائد ضعف المعادلة 9 ، الموضحة أدناه:

2Ce3 + + BrO 3 - + HBrO 2 + 3H + → 2Ce4 + + H 2 O + 2HBrO 2 (13)

ينتج هذا التسلسل حمض البروم تلقائيًا. يعد التحفيز الذاتي سمة أساسية في هذا التفاعل ، لكنه لا يستمر حتى يتم استنفاد الكواشف ، لأنه يوجد تدمير من الدرجة الثانية لـ HBrO2 ، كما يظهر في التفاعل.

تمثل ردود الفعل 11 و 12 عدم تناسق حمض البروم مع حمض البروم و Br2. أيونات السيريوم (IV) والبروم تؤكسد حمض المالونيك لتشكيل أيونات البروميد. هذا يسبب زيادة في تركيز أيونات البروميد ، والتي تعيد تنشيط العملية A.

تتشكل الألوان في هذا التفاعل بشكل أساسي من خلال أكسدة وخفض مجمعات الحديد والسيريوم.

يوفر Ferroin اثنين من الألوان التي تظهر في هذا التفاعل: كما يزيد [Ce (IV)] ، فإنه أكسدة الحديد في ferroin من الحديد الأحمر (II) إلى الحديد الأزرق (III). السيريوم (الثالث) عديم اللون والسيريوم (الرابع) أصفر. مزيج من السيريوم (IV) والحديد (III) يجعل اللون الأخضر.

في ظل الظروف المناسبة ، سيتم تكرار هذه الدورة عدة مرات. يمثل تنظيف الأواني الزجاجية مصدر قلق لأن التذبذبات تتوقف بسبب تلوث أيون الكلوريد (Horst Dieter Foersterling، 1993).