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35Br




外觀

气体/液体:棕红色

固体:带金属光泽
概況
名稱·符號·序數 溴(Bromine)·Br·35
元素類別 卤素
·週期· 17·4·p
標準原子質量 79.904(1)
電子排布

[] 4s2 3d10 4p5
2, 8, 18, 7

溴的电子層(2, 8, 18, 7)
歷史
發現 路易斯·尼可拉斯·瓦奎宁(1825年)
分離 路易斯·尼可拉斯·瓦奎宁(1825年)
物理性質
物態 液态
密度 (接近室温
(Br2,液态) 3.1028 g·cm−3
熔點 265.8 K,-7.2 °C,19 °F
沸點 332.0 K,58.8 °C,137.8 °F
三相點 265.90 K(-7 °C),5.8[1] kPa
臨界點 588 K,10.34[1] MPa
熔化熱 (Br2) 10.571 kJ·mol−1
汽化熱 (Br2) 29.96 kJ·mol−1
比熱容 (Br2)
75.69 J·mol−1·K−1

蒸汽壓

壓(Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
溫(K) 185 201 220 244 276 332
原子性質
氧化態 7, 5, 4, 3, 1, -1
(强酸性)
電負性 2.96(鲍林标度)
電離能

第一:1139.9 kJ·mol−1
第二:2103 kJ·mol−1

第三:3470 kJ·mol−1
原子半徑 120 pm
共價半徑 120±3 pm
范德華半徑 185 pm
雜項
晶體結構

正交晶系

磁序 抗磁性
電阻率 (20 °C)7.8×1010 Ω·m
熱導率 0.122 W·m−1·K−1
聲速 (20°C) 206 m·s−1
CAS號 7726-95-6
最穩定同位素

主条目:溴的同位素

同位素 豐度 半衰期 方式 能量MeV 產物
79Br 50.69% 穩定,带44个中子
81Br 49.31% 穩定,带46个中子


,是一個化學元素及一種鹵素;元素符號 Br原子序 35。溴分子在標準溫度和壓力下是有揮發性的紅棕色液體,活性介於之間。纯溴也称溴素。溴蒸氣具有腐蝕性,并且有毒。在2007年,約有556,000公噸的溴被製造。[2] 溴与其化合物可被用来作为阻燃劑净水剂杀虫剂染料等等。曾是常用消毒药剂的红药水中就含有溴和。在照相术中,溴和碘与银的化合物担任感光剂的角色。

歷史[编辑]

溴分別被兩個科學家安東尼·巴拉爾Antoine Balard[3]卡爾·羅威Carl Löwig[4] 在1825年與1826年所發現。[5]

1826年,刚刚取得药剂师学位的年轻化学实验室助理巴拉爾在蒙彼利埃鹽沼中的海苔的灰燼中發現了一种棕黄色的液体,这种液体后来被证明是溴的化合物。那些海苔是用來製備碘的,但其中也含有溴。巴拉爾從有著飽和氯的海苔灰溶液中分離出溴。 他發現產物的性質介于氯與碘之間,因此他試著證明該化合物是 一氯化碘 (ICl),但在失敗後他確信他發現了一個新元素,並把它稱之為rutile(意为红色),而他的导师约瑟夫·安哥拉达则建议称之为muride[6],源自拉丁文muria,意思是鹵水。[3]

卡爾·賈古柏·羅威在1825年從巴特克羅伊茨納赫村裡的水泉中分離出了溴。羅威用了一個有飽和氯的礦物鹽溶液,並用二乙醚提取出了溴。在醚蒸發後,留下了一些棕色的液體。他用此液體作為他工作的樣本申請了一個在里歐波得·甘末林Leopold Gmelin)的實驗室的職位。由於發現的公開被延遲了,所以巴拉爾率先發表了他的結果。[4]

在法國科學家路易斯·尼可拉斯·瓦奎寧Louis Nicolas Vauquelin)和路易斯·賈奎斯·瑟納德Louis Jacques Thénard)與約瑟夫·路易·蓋-呂薩克證實了年輕藥劑師巴拉爾的實驗之後,結論出現在法國科學院的一場演講上,並被發表在化學紀實上。[7] 在他發表的论文中,巴拉爾說他基於安格拉達的建議把新元素的名字從muride改成brôme。其他的說法則認為法國的化學與物理學家約瑟夫·路易·蓋-呂薩克基於它蒸氣的獨特氣味建議了這個名稱。[8] 溴直到1860年才被大量的製造。

在少數的藥學應用之外,溴的第一個商業應用是用於銀版攝影法。在1840年,發現到用溴製造銀版攝影法用的光敏的鹵化銀在許多地方勝過之前所使用的碘蒸氣。[9]

溴化鉀溴化鈉在19世紀末期到二十世紀初期被用作抗癲癇藥與鎮靜劑,直到他們漸漸地被水合氯醛巴比妥类药物所取代。[10]

名稱由來[编辑]

溴的名稱Bromine來自希臘文bromos(βρῶμος,公山羊的惡臭)[11]日文中便將之意譯為「臭素」。

特徵[编辑]

Bromine vial in acrylic cube.jpg

溴是唯一在室溫下是液態的非金屬元素,並且是週期表上在室溫或接近室溫下為液體的六個元素之一。溴的熔點是-7.2 °C,而沸點是 58.8 °C。元素單質的形式是雙原子分子:Br2。它是黏稠,可流動的,紅棕色的液體,並在標準溫度和壓力下容易揮發,形成紅色的蒸氣(顏色近似於二氧化氮)並且有一股與氯氣相似的惡臭。溴是一種鹵素,它的活性小於但大於。溴微溶於水,但對二硫化碳有機醇類(像甲醇)與有機酸的溶解度佳。它很容易與其他原子鍵結並有強烈的漂白作用。溴像氯一樣,也有用在游泳池的維護。

一些特定的溴化合物被認為是有可能破壞臭氧層的或是具有生物累積性的。所以許多工業用的溴化合物不再被生產,被限制,或逐漸的淘汰。蒙特婁公約提到了一些有機溴化物是需要被逐漸淘汰的。

溴是一種強氧化劑。它會和金屬和大部分有機化合物產生激烈的反應,若有水參與則反應更加劇烈,溴和金屬反應會產生金屬溴鹽及次溴酸鹽(有水參與時),和有機化合物則可能產生磷光或螢光化合物。

同位素[编辑]

溴有兩個穩定的同位素79Br(50.69%)及81Br(49.31%)。其他至少有23種放射性同位素是已被發現可以存在的。[12] 不少的溴同位素是核分裂的產物。有幾種來自於核分裂產物的大原子量的溴同位素會產生延遲性的中子衰變。所有的放射性溴同位素的半衰期相對來講是比較短的,半衰期最長的是一個中子數不足的同位素,77Br:2.376天。半衰期最長的豐中子同位素是82Br:1.47天。一些溴的同位素有亞穩定的同質異能素。穩定的 79Br有一個具放射性的同質異能素,半衰期4.86秒,它最終衰變成穩定的基態。[13]

自然存在形式及製備[编辑]

世界溴生產量趨勢

溴的雙原子分子Br2不會自然存在,溴主要是以溴鹽的形式散佈在地殼中。由過濾法,溴鹽在海水裡的含量約65 ppm[14] 但它在海裡的濃度比氯小。溴可以在溴含量豐富的鹵井與死海(接近50000ppm)中商業開採。[15][16]

在死海的鹽蒸發區,約旦(右)與以色列(左)在此生產溴。

一年(2007)有接近556,000公噸(價值約25億美金)的溴被製造,其中最主要的生產國是美國以色列中國[17][18][19] 溴的生產量自1960年代以來已經成長了六倍,美國溴含量最多的地方在 哥倫比亞縣猶尼昂縣[20]中國的溴來源位於山東省,而以色列的溴則源於死海的水。使用氯氣來處理富含溴的鹵水,在過程中,溴離子被氯氣所氧化而形成溴分子。

2 Br + Cl2 → 2 Cl + Br2

由於溴的商業運用以及很長的保存時間,人們不會刻意的去製備它。但小量的溴可以經由固態溴化鈉與濃硫酸(H2SO4)製備。反應的第一步是製造氣態的溴化氫(HBr),但於此反應條件下,部分的溴化氫會被進一步硫酸氧化形成溴分子(Br2)與二氧化硫(SO2)。

NaBr (s) + H2SO4 (aq) → HBr (aq) + NaHSO4 (aq)
2 HBr (aq) + H2SO4 (aq) → Br2 (g) + SO2 (g) + 2 H2O (l)

還可以用氫溴酸過氧化氫反應製備。

2HBr (aq) + H2O2 (aq) → 2H2O (l) + Br2(g)

使用相似的化合物,如使用稀鹽酸次氯酸鈉也是可以的。最重要的是,該陰離子(以上述的例子,硫酸根氯離子)的電負度比溴還大,使取代反應能夠發生。

化学性质[编辑]

有機化學[编辑]

N-溴代琥珀醯亞胺

有機化合物要被溴化有加成反應取代反應兩種途徑。溴對的雙鍵進行電加成,中途產生一個環狀含溴的中間產物。在像二硫化碳之類的無水溶劑裡,反應將產生二溴的產物。舉例來說,它跟乙烯反應將會產生1,2-二溴乙烷,溴也可以對苯酚苯胺進行加成反應。當用來反應的是溴水時,除了本來會出現的二溴化物外,有少部分的烯會被反應成鹵代醇。由於溴的反應是非常的可靠的,所以溴水被拿來做檢測烯類、苯酚與苯胺的檢測試劑。就像其他的鹵素一樣,溴也可以進行自由基反應,舉例來說,類在光照下可被溴溴化。

溴,在有催化量的的的情況下,可以輕易的以溴化羧酸中的α-氫。這個方法被稱做赫爾-烏爾哈-澤林斯基反應,是商業製溴乙酸法的基礎。人們通常使用N-溴代琥珀醯亞胺來代替元素態的溴,因為它比較好處理,而且反應也比較溫和且更具選擇性。有機溴化物相對於活性較弱的有機氯化物與較貴的有機碘化物而言,是比較好的選擇。因此,格氏試劑與有機鋰化物通常使用相對應的有機溴化物來製造。

無機反應[编辑]

溴的氧化態
-1 HBr
+1 BrCl
+3 BrF3
+5 BrF5
+5 BrO3
+7 BrO4

溴是一種氧化劑,它會把離子氧化成碘,同時自身還原成溴離子

Br2 + 2 I → 2 Br + I2

溴也會把金屬與類金屬氧化成相對應的溴化物,通常無水的溴與含水的溴比起來活性較低,但無水的溴會與鹼土金屬鹼金屬劇烈的反應。

如果溴是溶解在含水的氫氧化物中的話,溴離子(Br)將會與次溴酸根(BrO)一起產生,產生的次溴酸根是溴化物且具有漂白能力的原因。在一些化合物中,次溴酸根的自身氧化還原是定量的,其產生的溴酸根是與氯酸根相當相似的強氧化劑。

3 BrO → BrO3 + 2 Br

過溴酸根無法使用製造過氯酸根的方法-電解來製造,其製造方法是將溴酸根與進行反應。

BrO3 + H2O + F2 → BrO4 + 2 HF

用途[编辑]

許多種的有機溴化物在工業上有其應用,其中一部份是由溴製備而來,另一部份則是由溴化氫製備而來。而溴化氫則是以在溴中燃燒氫來取得。 [2]

加成反應[21] 是製備1,2-二溴乙烷的過程,而1,2-二溴乙烷是有機溴化物中被製造的量最多的。

C2H4 + Br2 → CH2BrCH2Br

阻燃物[编辑]

四溴雙酚A

含溴阻燃劑的重要性與日俱增,當燃燒發生時,阻燃劑會生成氫溴酸,它會干擾在火焰當中所進行的氧化連鎖反應。高活性的氫、氧與氫氧根自由基會與溴化氫反應成活性沒那麼強的溴自由基。 [22][23] 含溴的化合物可以藉由在聚合過程中加入一些被溴化的單體或在聚合後加入含溴化合物的方法加入聚合物中。添加四溴雙酚A可以製造聚酯與環氧樹脂,用於印刷電路板(PCB)的環氧樹脂通常都是由阻燃劑製成的,並且在產品縮寫中以FR來表示。(如FR-4與FR-2)溴乙烯可以用來製造聚乙烯聚氯乙烯聚丙烯十溴二苯醚可以添加在已完成的聚合物中。[24]

汽油添加劑[编辑]

1,2-二溴乙烷是添加在含鉛汽油中的一種汽油添加劑,它藉由產生揮發性的溴化鉛來移除引擎中的鉛,此類用法在美國佔了1966年全部溴用量的77%,但這種用途在1970年代因為會污染環境而被禁止了。[25] 此化合物也曾被當作殺蟲用的燻劑,但此種應用也一樣的被禁止了。 [19]

殺蟲劑[编辑]

溴甲烷

溴甲烷曾被廣泛的用做煙薰土地用的農藥蒙特婁公約決定到2005年逐漸淘汰這種會破壞臭氧層的化合物。在1991年,估計有35,000公噸的此化合物被用來對付線蟲動物真菌雜草還有一些土壤的問題。[26][27]

其他用途[编辑]

嵌入DNA中的溴化乙錠發出的橘紅色螢光
  • 鈣、鈉與鋅的溴化物在溴的市場中佔有一席之地,這些鹽類在水裡產生稠密的化合物,可以用來做鑽井液,有時也被稱做clear brine fluids[19][28]
  • 溴也可以用來生產溴化植物油,溴化植物油在許多橘子口味的軟性飲料中當作乳劑。在此化合物於1940年代被發現後,它被廣泛地使用,直到在1970年代中期,英國與美國限制了它的使用並且研發出了替代用的乳劑。[29] 但在1997年美國的軟性飲料仍然可以含有含溴植物油。[30]
  • 某些染料、農業化學藥品與藥品是有機溴化合物。1-溴-3-氯丙烷、1-溴乙基苯與1-溴化烷是利用烯類與溴化氫的反馬氏規則加成來製備的。溴化乙錠(EtBr)在凝膠電泳中當作DNA的染色劑。
  • 折射率的化合物。
  • 水淨化消毒用化合物。[19]
  • 溴化鉀被一些攝影業者使用來防止霧(不希望出現的銀的還原)的生成。
  • 溴蒸氣被用於敏化銀版攝影法用的銀版的第二步,該版之後會經過汞蒸氣的處理。溴的角色是加強剛被碘化的銀版的光敏。

生物上的應用[编辑]

溴在人體中還未找到已知的功能,但有機溴化合物的確自然存在。海中的有機物是有機溴化合物的主要來源,在1999年有超過1600種化合物被發現。其中最常見的是溴甲烷,海藻估計製造了56,000公噸的此化合物,[31] 夏威夷的蘆筍藻所製成的香精油中就含有80%的溴甲烷。[32] 一個有名且已被人類長時間使用的有機溴化合物是泰爾紫[31][33] 這種含溴的紫色物质存在于一種體型中等的掠食性海蝸牛:腹足綱紫螺蝸牛之中。這種天然的有機溴化合物直到1909年才被保罗·弗里德兰德Paul Friedländer)所發現。[34] 大部分自然界中的有機溴化合物是由溴化過氧化酶en:vanadium bromoperoxidase)所產生的。[35]

安全[编辑]

元素狀態的溴是有毒且有刺激性的。因為溴是一種氧化劑,它不能與大部分的有機或無機化合物穩定的共存,所以輸送溴時需要謹慎,通常是使用內襯著鉛的鋼製桶子,並以堅固的金屬架支撐。

當某些特定的含溴離子化合物在酸性環境下與高錳酸鉀(KMnO4)混合時,會產生淡棕色的溴霧,它聞起來像是漂白水,並且對黏膜有很強的刺激性。一旦有人暴露於其中,他應該立即移動至有新鮮空氣的地方,如果他出現了某些症狀,那麼他將會需要藥物治療。

参考文献[编辑]

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外部連結[编辑]

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维基词典上的词义解释:

參見[编辑]