אלה היוצרים מלחים, חלק 4 ברום
יסוד נוסף ממשפחת ההלוגנים הוא ברום. הוא תופס מקום בין כלור ליוד (יוצרים יחד את תת-משפחת ההלוגן), ותכונותיו ממוצעות בהשוואה לשכניו בחלק העליון והתחתון של הקבוצה. אולם מי שחושב שמדובר באלמנט לא מעניין יטעה.
למשל, הברום הוא הנוזל היחיד מבין הלא מתכות, וצבעו נשאר ייחודי גם בעולם היסודות. העיקר, עם זאת, הוא שניתן לבצע בו ניסויים מעניינים בבית.
- משהו מריח פה לא טוב! -
...... קרא הכימאי הצרפתי ג'וזף גיי-לוסאקכאשר בקיץ 1826, מטעם האקדמיה הצרפתית, הוא בדק את הדיווח על גילוי יסוד חדש. מחברו לא היה ידוע יותר אנטואן בלאר. שנה קודם לכן, רוקח בן 23 זה בדק את האפשרות לייצר יוד מתמיסות חליטה שנותרו מהתגבשות מלח סלעים ממי ים (שיטה המשמשת לייצור מלח באקלים חם כמו חוף הים התיכון הצרפתי). כלור בבעבע דרך התמיסה, והעקר את היוד מהמלח שלו. הוא קיבל את האלמנט, אבל הבחין במשהו אחר - סרט של נוזל צהבהב עם ריח חזק. הוא הפריד אותו ואז מיזג אותו. השאריות התבררו כנוזל חום כהה, שלא דומה לשום חומר מוכר. תוצאות הבדיקה של Balar הראו כי מדובר באלמנט חדש. לכן, הוא שלח דו"ח לאקדמיה הצרפתית והמתין לפסק דינה. לאחר אישור הגילוי של באלאר, הוצע שם לאלמנט. בְּרוֹם, שמקורו בברומוס היווני, כלומר. סירחון, כי ריח הברום אינו נעים (1).
אזהרה! ריח רע הוא לא החיסרון היחיד של הברום. אלמנט זה מזיק בדיוק כמו ההלוגנים הגבוהים, וברגע שהוא על העור, מותיר פצעים שקשה לרפא. לכן, בשום מקרה אין לקבל ברום בצורתו הטהורה ולהימנע משאיפת ריח התמיסה שלו.
אלמנט מי ים
מי הים מכילים כמעט את כל הברום הקיים על פני הגלובוס. חשיפה לכלור גורמת לשחרור ברום, שמתנדף עם האוויר המשמש לנשיפה של המים. במקלט מעבים את הברום ולאחר מכן מטוהרים בזיקוק. בשל תחרות זולה יותר ופחות תגובתיות, נעשה שימוש בברום רק בעת הצורך. שימושים רבים נעלמו, כגון ברומיד כסף בצילום, תוספי בנזין עם עופרת וחומרי כיבוי אש בהלון. ברום הוא מרכיב של סוללות ברום-אבץ, ותרכובותיו משמשות כתרופות, צבעים, תוספים להפחתת דליקות פלסטיק ומוצרים להגנת הצומח.
מבחינה כימית, הברום אינו שונה מהלוגנים אחרים: הוא יוצר חומצה הידברומית חזקה HBr, מלחים עם האניון הברום וכמה חומצות חמצן ומלחיהם.
אנליסט ברום
התגובות האופייניות לאניון הברומיד דומות לניסויים שבוצעו עבור כלורידים. לאחר הוספת תמיסה של חנקתי כסף AgNO3 משקע מסיס גרוע של משקעי AgBr, מתכהה באור עקב פירוק פוטוכימי. למשקע יש צבע צהבהב (בניגוד ל-AgCl הלבן ול-AgI הצהוב) והוא מסיס בצורה גרועה כאשר מוסיפים תמיסת אמוניה NH.3aq (מה שמבדיל אותו מ-AgCl, שהוא מסיס מאוד בתנאים אלה) (2).
2. השוואה בין צבעי הלודי הכסף - למטה ניתן לראות את ריקבון שלהם לאחר חשיפה לאור.
הדרך הקלה ביותר לזהות ברום היא לחמצן אותם ולקבוע את נוכחותם של ברום חופשי. לבדיקה תצטרך: אשלגן ברומיד KBr, אשלגן פרמנגנט KMnO4, תמיסת חומצה גופרתית (VI) H2SO4 וממס אורגני (למשל, מדלל צבע). שפכו כמות קטנה של תמיסות KBr ו-KMnO לתוך מבחנה.4ואז כמה טיפות חומצה. התוכן הופך מיד לצהבהב (במקור זה היה סגול מתוספת אשלגן פרמנגנט):
2KMn4 +10KBr +8H2SO4 → 2MnSO4 + 6 אלף2SO4 +5Br2 + 8H2מידע על הוסף הגשה
3. ברום המופק מהשכבה המימית (תחתונה) צובע את שכבת הממס האורגני לאדום-חום (העליון).
ממס ונער את הבקבוקון כדי לערבב את התוכן. לאחר הקילוף תראו שהשכבה האורגנית קיבלה צבע אדום חום. ברום מתמוסס טוב יותר בנוזלים לא קוטביים ועובר ממים לממס. תופעה שנצפתה כְּרִיָה (3).
מי ברום בבית
מי ברום היא תמיסה מימית המתקבלת באופן תעשייתי על ידי המסת ברום במים (כ-3,6 גרם ברום ל-100 גרם מים). זהו מגיב המשמש כחומר מחמצן עדין וכדי לזהות את הטבע הבלתי רווי של תרכובות אורגניות. עם זאת, ברום חופשי הוא חומר מסוכן, וחוץ מזה, מי הברום אינם יציבים (ברום מתאדה מהתמיסה ומגיב עם מים). לכן, עדיף למצוא לו פתרון קטן ולהשתמש בו מיד לניסויים.
את השיטה הראשונה לאיתור ברום כבר למדתם: חמצון המוביל ליצירת ברום חופשי. הפעם מוסיפים כמה טיפות H לתמיסת האשלגן ברומיד KBr שבבקבוק.2SO4 וחלק ממי חמצן (3% H2O2 משמש כחומר חיטוי). לאחר זמן מה, התערובת הופכת צהבהבה:
2KBr+H2O2 +H2SO4 →K2SO4 + בר2 + 2H2O
מי הברום המתקבלים כך מזוהמים, אבל X הוא החשש היחיד.2O2. לכן, יש להסיר אותו עם מנגן דו חמצני MnO.2אשר יפרק עודף מי חמצן. הדרך הקלה ביותר להשיג את התרכובת היא מתאי חד פעמי (המוגדרים כ-R03, R06), שם היא בצורת גוש כהה הממלא כוס אבץ. מניחים קורט מהמסה בבקבוק, ולאחר התגובה, שופכים את הסופרנטנט, והריאגנט מוכן.
שיטה נוספת היא אלקטרוליזה של תמיסה מימית של KBr. כדי לקבל תמיסת ברום טהורה יחסית, יש צורך לבנות אלקטרוליזר דיאפרגמה, כלומר. פשוט מחלקים את הכוס עם חתיכת קרטון מתאימה (כך תפחית את הערבוב של תוצרי התגובה על האלקטרודות). מקל גרפיט שנלקח מהתא החד פעמי 3 שצוין לעיל ישמש כאלקטרודה חיובית, ומסמר רגיל כאלקטרודה שלילית. מקור הכוח הוא סוללת מטבעות 4,5 V. יוצקים את תמיסת KBr לתוך הכוס, הכנס את האלקטרודות עם חוטים מחוברים, וחברו את הסוללה לחוטים. ליד האלקטרודה החיובית, התמיסה תצהיב (אלה מי הברום שלך), וייווצרו בועות מימן באלקטרודה השלילית (4). יש ריח חזק של ברום מעל הכוס. צייר את התמיסה עם מזרק או פיפטה.
4. תא דיאפרגמה תוצרת בית משמאל ואותו תא בייצור מי ברום (מימין). המגיב מצטבר סביב האלקטרודה החיובית; בועות מימן נראות על האלקטרודה השלילית.
ניתן לאחסן מי ברום לזמן קצר בכלי סגור היטב, מוגן מאור ובמקום קריר, אך עדיף לנסות מיד. אם הכנתם ניירות יוד עמילן לפי המתכון מהחלק השני של המחזור, שימו טיפה מי ברום על הנייר. מיד יופיע כתם כהה, המאותת על היווצרות יוד חופשי:
2KI + Br.2 → i2 + KVg
כשם שהברום מתקבל ממי הים על ידי עקירתם מברומידים עם חומר מחמצן חזק יותר (), כך הברום מחליף יוד חלש ממנו מיודים (כמובן שגם הכלור יעקור יוד).
אם אין לכם נייר יוד עמילן, שפכו תמיסה של יודיד אשלגן למבחנה והוסיפו כמה טיפות מי ברום. התמיסה מתכהה, וכאשר מוסיפים מחוון עמילן (תרחיף של קמח תפוחי אדמה במים), היא הופכת לכחול כהה - התוצאה מעידה על הופעת יוד חופשי (5).
5. איתור ברום. למעלה - נייר יוד עמילן, למטה - תמיסה של יודיד אשלגן עם מחוון עמילן (משמאל - ריאגנטים לתגובה, מימין - תוצאה של ערבוב התמיסות).
שני ניסויים במטבח.
מבין הניסויים הרבים במי ברום, אני מציע שניים שעבורם תזדקקו לריאגנטים מהמטבח. בראשון, הוציאו בקבוק שמן לפתית,
7. תגובה של מי ברום עם שמן צמחי. שכבת השמן העליונה נראית לעין (משמאל) והשכבה התחתונה של מים מוכתמת ברום לפני התגובה (משמאל). לאחר התגובה (מימין), השכבה המימית הפכה דהויה.
חמניות או שמן זית. שפכו כמות קטנה של שמן צמחי למבחנה עם מי ברום ונערו את התוכן כך שהריאגנטים יתערבבו היטב. כאשר האמולסיה הלאבילית מתפרקת, השמן יהיה בחלק העליון (פחות צפוף ממים) ומי ברום בתחתית. עם זאת, שכבת המים איבדה את צבעה הצהבהב. השפעה זו "אוסרת" על התמיסה המימית ומשתמשת בה כדי להגיב עם מרכיבי השמן (6).
שמן צמחי מכיל די הרבה חומצות שומן בלתי רוויות (בשילוב עם גליצרין ליצירת שומנים). אטומי ברום מחוברים לקשרים כפולים במולקולות של חומצות אלו, ויוצרים את נגזרות הברום המתאימות. שינוי בצבע של מי ברום הוא אינדיקציה לכך שבדגימת הבדיקה קיימות תרכובות אורגניות בלתי רוויות, כלומר. תרכובות שיש להן קשרים כפולים או משולשים בין אטומי פחמן (7).
לניסוי המטבח השני, הכינו סודה לשתייה, כלומר נתרן ביקרבונט, NaHCO.3, ושני סוכרים - גלוקוז ופרוקטוז. אתה יכול לקנות סודה וגלוקוז במכולת, ופרוקטוז בקיוסק סוכרת או טבע. גלוקוז ופרוקטוז יוצרים סוכרוז, שהוא סוכר נפוץ. בנוסף, הם מאוד דומים במאפיינים ויש להם אותה נוסחה כוללת, ואם זה לא הספיק, הם עוברים בקלות אחד לתוך השני. נכון, יש הבדלים ביניהם: פרוקטוז מתוק יותר מגלוקוז, ובתמיסה הוא מפנה את מישור האור לכיוון השני. עם זאת, לזיהוי, תשתמש בהבדל במבנה הכימי: גלוקוז הוא אלדהיד, ופרוקטוז הוא קטון.
7. תגובה של הוספת ברום לקשירה
אתה אולי זוכר שמפחית סוכרים מזוהים באמצעות בדיקות Trommer ו-Tollens. מבט חיצוני של מרבץ Cu לבנים2O (בניסיון הראשון) או מראה כסף (בשני) מצביע על נוכחות של תרכובות מפחיתות, כגון אלדהידים.
עם זאת, ניסיונות אלו אינם מבחינים בין גלוקוז אלדהיד לבין פרוקטוז קטון, שכן פרוקטוז ישנה במהירות את המבנה שלו בתווך התגובה, ויהפוך לגלוקוז. יש צורך במגיב דק יותר.
הלוגנים כמו
ישנה קבוצה של תרכובות כימיות הדומות בתכונותיהן לתרכובות דומות. הם יוצרים חומצות בנוסחה הכללית HX ומלחים עם אניונים X– מונו-שליליים, וחומצות אלו אינן נוצרות מתחמוצות. דוגמאות לפסאודו-הלוגנים כאלה הן החומצה ההידרוציאנית הרעילה HCN והתיאוציאנט הבלתי מזיק HSCN. חלקם אף יוצרים מולקולות דיאטומיות, כגון ציאנוגן (CN).2.
כאן נכנסים לתמונה מי הברום. הכינו פתרונות: גלוקוז בתוספת NaHCO3 ופרוקטוז, גם בתוספת סודה לשתייה. יוצקים את תמיסת הגלוקוז המוכנה למבחנה אחת עם מי ברום, ואת תמיסת הפרוקטוז למבחנה השנייה, גם היא עם מי ברום. ההבדל ניכר בבירור: מי ברום דהצבע תחת פעולת תמיסת גלוקוז, ופרוקטוז לא גרמו לשינויים. ניתן להבחין בין שני הסוכרים רק בסביבה מעט בסיסית (מסופק עם נתרן ביקרבונט) ועם חומר מחמצן עדין, כלומר מי ברום. השימוש בתמיסה אלקלית חזקה (הכרחי עבור בדיקות Trommer ו-Tollens) גורם להמרה מהירה של סוכר אחד למשנהו ולשינוי צבע של מי הברום גם על ידי פרוקטוז. אם אתה רוצה לדעת, חזור על הבדיקה באמצעות נתרן הידרוקסיד במקום סודה לשתייה.
