Bromo: história, estrutura, configuração eletrônica, propriedades, usos - Ciência - 2023

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o bromo É um elemento não metálico que pertence ao grupo dos halogênios, grupo 17 (VIIA) da Tabela Periódica. Seu símbolo químico é Br. Aparece como uma molécula diatômica, cujos átomos estão ligados por uma ligação covalente, para a qual é atribuída a fórmula molecular Br₂.

Ao contrário do flúor e do cloro, o bromo em condições terrestres não é um gás, mas um líquido marrom-avermelhado (imagem abaixo). É fumegante e, junto com o mercúrio, os únicos elementos líquidos. Abaixo dele, o iodo, embora se intensifique em cor e se torne roxo, pode se cristalizar em um sólido volátil.

O bromo foi descoberto, independentemente, em 1825 por Carl Löwig, que estudava sob a direção do químico alemão Leopold Gmelin; e em 1826, pelo químico francês Antoine-Jérome Balard. No entanto, a publicação dos resultados experimentais de Balard precedeu a de Löwig.

O bromo é o 62º elemento mais abundante na Terra, sendo distribuído em baixas concentrações por toda a crosta terrestre. No mar, a concentração média é de 65 ppm. O corpo humano contém 0,0004% de bromo, a sua função não é definitivamente conhecida.

Este elemento é explorado comercialmente em salmouras ou locais que, devido a condições especiais, sejam locais de elevada concentração de sais; por exemplo, o Mar Morto, para o qual convergem as águas dos territórios vizinhos, saturado de sais.

É um elemento corrosivo capaz de atacar metais, como platina e paládio. Dissolvido na água, o bromo também pode exercer sua ação corrosiva nos tecidos humanos, agravando a situação, pois pode ser gerado ácido bromídrico. Quanto à sua toxicidade, pode causar danos significativos a órgãos como fígado, rins, pulmões e estômago.

O bromo é muito prejudicial à atmosfera, sendo 40-100 vezes mais destrutivo para a camada de ozônio do que o cloro. Metade da perda da camada de ozônio na Antártica é produzida por reações relacionadas ao bromometil, um composto usado como fumigante.

Tem inúmeras utilizações, tais como: retardador de fogo, agente de branqueamento, desinfetante de superfície, aditivo de combustível, intermediário na fabricação de sedativos, na fabricação de produtos químicos orgânicos, etc.

História

O trabalho de Carl Löwig

O bromo foi descoberto de forma independente e quase simultânea por Carl Jacob Löwig, um químico alemão em 1825, e por Antoine Balard, um químico francês em 1826.

Carl Löwig, discípulo do químico alemão Leopold Gmelin, coletou água de uma nascente em Bad Kreuznach e adicionou cloro a ela; Depois de adicionar o éter, a mistura líquida foi agitada.

Em seguida, o éter foi destilado e concentrado por evaporação. Como resultado, ele obteve uma substância marrom avermelhada, que era o bromo.

O trabalho de Antoine Balard

Balard, por sua vez, usava cinzas de uma alga marrom conhecida como fucus e as misturava com salmoura, extraída das salinas de Montpellier. Dessa forma, ele liberava o bromo, fazendo com que o cloro passasse pelo material aquoso submetido à extração, no qual estava presente o brometo de magnésio, o MgBr.₂.

Posteriormente, o material foi destilado na presença de dióxido de manganês e ácido sulfúrico, produzindo vapores vermelhos que se condensaram em um líquido escuro. Balard pensou que era um novo elemento e o chamou de muride, derivado da palavra latina muria, que costumava designar salmoura.

Constatou-se que Balard alterou o nome de muride para brôme por sugestão de Anglada ou Gay-Lussac, pelo facto de brôme significar sujidade, que define o cheiro do elemento descoberto.

Os resultados foram publicados por Belard nos Annales of Chemie and Physique, antes de Löwig publicar o seu.

Só a partir de 1858 foi possível produzir bromo em quantidades significativas; O ano em que os depósitos de sal de Stassfurt foram descobertos e explorados, produzindo bromo como subproduto do potássio.

Estrutura e configuração eletrônica do bromo

Molécula

A imagem superior mostra a molécula de bromo, Br₂, com um modelo de enchimento compacto. Na verdade, existe uma única ligação covalente entre os dois átomos de bromo, Br-Br.

Por ser uma molécula homogênea e diatômica, carece de um momento de dipolo permanente e só pode interagir com outras do mesmo tipo por meio das forças de dispersão de London.

Esta é a razão pela qual seu líquido avermelhado está fumegando; em moléculas de Br₂Embora sejam relativamente pesados, suas forças intermoleculares os mantêm juntos frouxamente.

O bromo é menos eletronegativo do que o cloro e, portanto, tem um efeito menos atraente sobre os elétrons nas camadas de valência. Como resultado, requer menos energia para viajar em níveis de energia mais altos, absorvendo fótons verdes e refletindo uma cor avermelhada.

Cristais

Na fase gasosa, as moléculas de Br₂ eles se separam consideravelmente até que não haja interações eficientes entre eles. No entanto, abaixo de seu ponto de fusão, o bromo pode congelar em cristais ortorrômbicos avermelhados (imagem superior).

Observe como as moléculas de Br₂eles são organizados de maneira ordenada que parecem "vermes de bromo". Aqui e nessas temperaturas (T <-7,2 ° C), as forças de dispersão são suficientes para que as vibrações das moléculas não colapsem o cristal imediatamente; mas ainda assim, vários deles irão constantemente sublimar.

Camada de valência e estados de oxidação

A configuração eletrônica do bromo é:

[Ar] 3d¹⁰4s² 4p⁵

Sendo 3d¹⁰4s² 4p⁵sua camada de valência (embora o orbital 3d¹⁰ não desempenham um papel de liderança em suas reações químicas). Os elétrons nos orbitais 4s e 4p são os mais externos e somam um total de 7, apenas um elétron para completar o octeto de valência.

Desta configuração podem ser deduzidos os possíveis estados de oxidação do bromo: -1, se ele ganha um elétron para ser isoeletrônico ao criptônio; +1, permanecendo como 3d¹⁰4s² 4p⁴; +3, +4 e +5, perdendo todos os elétrons do orbital 4p ([Ar] 3d¹⁰4s²4p⁰); e +7, não deixando elétrons no orbital 4s ([Ar] 3d¹⁰4s⁰4p⁰).

Propriedades

Aspecto físico

Líquido fumegante castanho avermelhado escuro. É encontrada na natureza como uma molécula diatômica, com os átomos ligados por uma ligação covalente. O bromo é um líquido mais denso que a água e afunda nele.

Peso atômico

79,904 g / mol.

Número atômico

35.

Odor

Uma fumaça pungente, sufocante e irritante.

Ponto de fusão

-7,2 ° C

Ponto de ebulição

58,8 ° C

Densidade (Br₂) líquido

3,1028 g / cm³

Solubilidade em água

33,6 g / L a 25 ° C A solubilidade do bromo em água é baixa e tende a aumentar com a diminuição da temperatura; comportamento semelhante ao de outros gases.

Solubilidades

Muito solúvel em álcool, éter, clorofórmio, tetracloreto de carbono, dissulfeto de carbono e ácido clorídrico concentrado. Solúvel em solventes apolares e alguns polares, como álcool, ácido sulfúrico e em muitos solventes halogenados.

Ponto Triplo

265,9 K a 5,8 kPa.

Ponto crítico

588 K a 10,34 MPa.

Calor de fusão (Br₂)

10,571 kJ / mol.

Calor de vaporização (Br₂)

29,96 kJ / mol.

Capacidade de calor molar (Br₂)

75,69 kJ / mol.

Pressão de vapor

A uma temperatura de 270 K, 10 kPa.

Temperatura de auto ignição

Não inflamável.

ponto de ignição

113 ° C

Temperatura de armazenamento

De 2 a 8 ºC.

Tensão superficial

40,9 mN / m a 25 ° C

Limiar de odor

0,05-3,5 ppm. 0,39 mg / m³

Índice de refração (ηD)

1,6083 a 20 ° C e 1,6478 a 25 ° C

Eletro-negatividade

2,96 na escala de Pauling.

Energia de ionização

- Primeiro nível: 1.139,9 kJ / mol.

- Segundo nível: 2.103 kJ / mol.

- Terceiro nível: 3.470 kJ / mol.

Rádio atômico

120 pm.

Raio covalente

120,3 pm.

Rádio Van der Waals

185 pm.

Reatividade

É menos reativo que o cloro, mas mais reativo que o iodo. É um oxidante menos forte que o cloro e mais forte que o iodo. É também um agente redutor mais fraco do que o iodo, mas mais forte do que o cloro.

O vapor de cloro é altamente corrosivo para muitos materiais e tecidos humanos. Ataca muitos elementos metálicos, incluindo platina e paládio; mas não ataca chumbo, níquel, magnésio, ferro, zinco e abaixo de 300 ºC nem sódio.

O bromo na água sofre uma mudança e se transforma em brometo. Também pode existir como bromato (BrO₃^–), dependendo do pH do líquido.

Devido à sua ação oxidante, o bromo pode induzir a liberação de radicais livres de oxigênio. Esses são oxidantes fortes e podem causar danos aos tecidos. Além disso, o bromo pode entrar em ignição espontaneamente quando combinado com potássio, fósforo ou estanho.

Formulários

Aditivo de gasolina

O dibrometo de etileno foi usado para remover depósitos potenciais de chumbo em motores de automóveis. Após a combustão da gasolina, que usava chumbo como aditivo, o bromo se combinou com o chumbo para formar o brometo de chumbo, um gás volátil que era expelido pelo escapamento.

Embora o bromo tenha removido o chumbo da gasolina, sua ação destrutiva na camada de ozônio foi muito poderosa, por isso foi descartado para esta aplicação.

Pesticidas

O brometo de metileno ou bromometila foi usado como pesticida para purificar solos, especialmente para eliminar nematóides parasitas, como a ancilostomíase.

No entanto, o uso da maioria dos compostos contendo bromo foi descartado devido à sua ação destrutiva na camada de ozônio.

Controle de emissão de mercúrio

O bromo é usado em algumas fábricas para reduzir a emissão de mercúrio, um metal muito tóxico.

Fotografia

O brometo de prata, além de iodeto de prata e cloreto de prata, é usado como um composto sensível à luz em emulsões fotográficas.

Ações terapêuticas

O brometo de potássio, assim como o brometo de lítio, foram usados como sedativos gerais no século XIX e no início do século XX. Os brometos na forma de sais simples ainda são usados em alguns países como anticonvulsivantes.

No entanto, o FDA dos Estados Unidos não aprova o uso de bromo para o tratamento de qualquer doença hoje.

Retardante de fogo

O bromo é transformado pelas chamas em ácido bromídrico, que interfere na reação de oxidação que ocorre durante o incêndio e causa sua extinção. Polímeros contendo bromo são usados para fazer resinas retardantes de fogo.

Aditivo alimentar

Traços de bromato de potássio foram adicionados à farinha para melhorar o cozimento.

Reagentes e intermediários químicos

O brometo de hidrogênio é usado como agente redutor e catalisador para reações orgânicas. O bromo é usado como intermediário químico na fabricação de medicamentos, fluidos hidráulicos, agentes de resfriamento, desumidificadores e em preparações para ondulação do cabelo.

Também é utilizado na produção de fluidos de perfuração de poços, produtos de desinfecção de água, agentes de branqueamento, desinfetantes de superfície, corantes, aditivos de combustível, etc.

Ação biológica

Um estudo realizado em 2014 indica que o bromo é um cofator necessário para a biossíntese do colágeno IV, o que torna o bromo um elemento essencial para o desenvolvimento do tecido animal. No entanto, não há informações sobre as consequências do déficit de um elemento.

Onde está

O bromo é extraído comercialmente de minas de sal profundas e fossas de salmoura encontradas no estado de Arkansas e no Grande Lago Salgado de Utah, ambos nos Estados Unidos. A última salmoura tem uma concentração de bromo de 0,5%.

Para extrair o bromo, o cloro gasoso quente é adicionado à salmoura para oxidar os íons brometo na solução, coletando o bromo elementar.

O Mar Morto, na fronteira entre a Jordânia e Israel, é um mar fechado que fica abaixo do nível do mar, o que o faz ter uma concentração muito elevada de sais.

O bromo e o potássio são obtidos lá comercialmente, evaporando a água salgada do Mar Morto. Neste mar a concentração de bromo pode chegar a 5 g / L.

Também é encontrado em altas concentrações em algumas fontes termais. A brominita, por exemplo, é um mineral de brometo de prata encontrado na Bolívia e no México.

Riscos

O bromo em estado líquido é corrosivo para os tecidos humanos. Mas o maior perigo para o homem vem dos vapores de bromo e sua inalação.

Respirar em um ambiente com uma concentração de bromo de 11-23 mg / m³ produz choques severos. Uma concentração de 30-60 mg / m³ é extremamente prejudicial. Enquanto isso, uma concentração de 200 mg pode ser fatal.

Referências

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Centro Nacional de Informações sobre Biotecnologia. (2019). Bromo. Banco de dados PubChem. CID = 23968. Recuperado de: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
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Lenntech B. V. (2019). Bromo. Recuperado de: lenntech.com