ที่ก่อตัวเป็นเกลือ ตอนที่ 4 โบรมีน

องค์ประกอบอื่นจากตระกูลฮาโลเจนคือโบรมีน มันใช้สถานที่ระหว่างคลอรีนและไอโอดีน (รวมกันเป็นอนุวงศ์ฮาโลเจน) และคุณสมบัติของมันมีค่าเฉลี่ยเมื่อเทียบกับเพื่อนบ้านที่ด้านบนและด้านล่างของกลุ่ม อย่างไรก็ตาม ใครก็ตามที่คิดว่านี่เป็นองค์ประกอบที่ไม่น่าสนใจจะถูกเข้าใจผิด

ตัวอย่างเช่น โบรมีนเป็นของเหลวชนิดเดียวในบรรดาอโลหะ และสีของโบรมีนยังคงเป็นเอกลักษณ์ในโลกของธาตุ อย่างไรก็ตาม สิ่งสำคัญคือ การทดลองที่น่าสนใจสามารถทำได้ที่บ้าน

- มีบางอย่างมีกลิ่นไม่ดีที่นี่! -

...... อุทานนักเคมีชาวฝรั่งเศส โจเซฟ เกย์-ลุสซักในฤดูร้อนปี 1826 ในนามของ French Academy เขาได้ตรวจสอบรายงานการค้นพบองค์ประกอบใหม่ ผู้เขียนเป็นที่รู้จักกันอย่างแพร่หลายมากขึ้น เด็กแอนทอน. หนึ่งปีก่อนหน้านี้ เภสัชกรอายุ 23 ปีคนนี้ได้สำรวจความเป็นไปได้ในการผลิตไอโอดีนจากสารละลายสำหรับต้มเบียร์ที่เหลือจากการตกผลึกของเกลือสินเธาว์จากน้ำทะเล (วิธีที่ใช้ทำเกลือในสภาพอากาศอบอุ่น เช่น ชายฝั่งทะเลเมดิเตอร์เรเนียนของฝรั่งเศส) คลอรีนเกิดฟองในสารละลาย แทนที่ไอโอดีนจากเกลือ เขาได้รับองค์ประกอบ แต่สังเกตเห็นอย่างอื่น - ฟิล์มของของเหลวสีเหลืองที่มีกลิ่นแรง เขาแยกมันแล้วรวมเข้าด้วยกัน สิ่งตกค้างกลายเป็นของเหลวสีน้ำตาลเข้มซึ่งแตกต่างจากสารที่รู้จัก ผลการทดสอบของ Balar แสดงให้เห็นว่านี่เป็นองค์ประกอบใหม่ ดังนั้นเขาจึงส่งรายงานไปยัง French Academy และรอคำตัดสิน หลังจากการค้นพบของ Balar ได้รับการยืนยัน ก็ได้มีการเสนอชื่อธาตุนี้ โบรมีนมาจากภาษากรีก bromos เช่น กลิ่นเหม็นเพราะกลิ่นของโบรมีนไม่เป็นที่พอใจ (1).

คำเตือน! กลิ่นเหม็นไม่ใช่ข้อเสียเพียงอย่างเดียวของโบรมีน องค์ประกอบนี้เป็นอันตรายพอๆ กับฮาโลเจนที่สูงกว่า และเมื่ออยู่บนผิวหนัง จะทิ้งบาดแผลที่รักษายาก ดังนั้น ไม่ว่าในกรณีใด บุคคลใดควรได้รับโบรมีนในรูปแบบบริสุทธิ์ และหลีกเลี่ยงการสูดดมกลิ่นของสารละลายโบรมีน

องค์ประกอบของน้ำทะเล

น้ำทะเลประกอบด้วยโบรมีนเกือบทั้งหมดที่มีอยู่บนโลก การสัมผัสกับคลอรีนทำให้เกิดการปลดปล่อยโบรมีนซึ่งระเหยไปพร้อมกับอากาศที่ใช้ในการพัดน้ำ ในเครื่องรับ โบรมีนจะถูกควบแน่นและทำให้บริสุทธิ์โดยการกลั่น เนื่องจากการแข่งขันที่ถูกกว่าและปฏิกิริยาน้อยกว่า โบรมีนจึงถูกใช้เมื่อจำเป็นเท่านั้น การใช้งานหลายอย่างหายไป เช่น ซิลเวอร์โบรไมด์ในการถ่ายภาพ สารเติมแต่งน้ำมันเบนซินที่มีสารตะกั่ว และสารดับเพลิงชนิดฮาลอน โบรมีนเป็นส่วนประกอบของแบตเตอรี่โบรมีน-สังกะสี และสารประกอบของโบรมีนถูกใช้เป็นยา สีย้อม สารเติมแต่งเพื่อลดการติดไฟของพลาสติก และผลิตภัณฑ์อารักขาพืช

ในแง่เคมี โบรมีนไม่แตกต่างจากฮาโลเจนอื่น ๆ: ก่อตัวเป็นกรดไฮโดรโบรมิกอย่างแรง HBr เกลือที่มีไอออนโบรมีนและกรดออกซิเจนบางชนิดและเกลือของพวกมัน

นักวิเคราะห์โบรมีน

ลักษณะปฏิกิริยาของแอนไอออนโบรไมด์นั้นคล้ายคลึงกับการทดลองที่ทำกับคลอไรด์ หลังจากเติมสารละลายซิลเวอร์ไนเตรต AgNO₃ ตะกอน AgBr ที่ละลายได้ไม่ดี ทำให้มืดลงในแสงเนื่องจากการสลายตัวด้วยแสงเคมี ตะกอนมีสีเหลือง (ตรงกันข้ามกับ AgCl สีขาวและ AgI สีเหลือง) และละลายได้ไม่ดีเมื่อเติมสารละลายแอมโมเนีย NH_3aq (ซึ่งแตกต่างจาก AgCl ซึ่งละลายได้สูงภายใต้สภาวะเหล่านี้) (2). 

2. การเปรียบเทียบสีของซิลเวอร์เฮไลด์ - ด้านล่างคุณจะเห็นการสลายตัวหลังจากสัมผัสกับแสง

วิธีที่ง่ายที่สุดในการตรวจหาโบรไมด์คือการออกซิไดซ์และตรวจหาโบรมีนอิสระ สำหรับการทดสอบ คุณจะต้องใช้: โพแทสเซียมโบรไมด์ KBr, โพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต KMnO₄, สารละลายกรดซัลฟิวริก (VI) H₂SO₄ และตัวทำละลายอินทรีย์ (เช่น ทินเนอร์สี) เทสารละลาย KBr และ KMnO จำนวนเล็กน้อยลงในหลอดทดลอง₄แล้วก็กรดสองสามหยด เนื้อหาจะกลายเป็นสีเหลืองทันที (แต่เดิมเป็นสีม่วงจากโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนตที่เติม):

2KMน₄ +10KBr +8H₂SO4 → 2MnSO₄ + 6 พัน₂SO₄ +5ห้องนอน₂ + 8H₂เกี่ยวกับ เพิ่มเสิร์ฟ

3. โบรมีนที่สกัดจากชั้นน้ำ (ล่าง) จะทำให้ชั้นตัวทำละลายอินทรีย์เป็นสีน้ำตาลแดง (บน)

ตัวทำละลายและเขย่าขวดเพื่อผสมเนื้อหา หลังจากลอกออก คุณจะเห็นว่าชั้นอินทรีย์มีสีน้ำตาลแดง โบรมีนละลายได้ดีขึ้นในของเหลวที่ไม่มีขั้วและเปลี่ยนจากน้ำเป็นตัวทำละลาย สังเกตปรากฏการณ์ การสกัด (3). 

น้ำโบรมีนที่บ้าน

น้ำโบรมีน เป็นสารละลายในน้ำที่ได้จากอุตสาหกรรมโดยการละลายโบรมีนในน้ำ (โบรมีนประมาณ 3,6 กรัมต่อน้ำ 100 กรัม) เป็นรีเอเจนต์ที่ใช้เป็นตัวออกซิไดซ์ที่ไม่รุนแรงและเพื่อตรวจจับธรรมชาติของสารประกอบอินทรีย์ที่ไม่อิ่มตัว อย่างไรก็ตาม โบรมีนอิสระเป็นสารอันตราย และนอกจากนี้ น้ำโบรมีนยังไม่เสถียร (โบรมีนระเหยจากสารละลายและทำปฏิกิริยากับน้ำ) ดังนั้นจึงเป็นการดีที่สุดที่จะหาวิธีแก้ปัญหาเล็กน้อยและนำไปใช้ในการทดลองทันที

คุณได้เรียนรู้วิธีแรกในการตรวจจับโบรไมด์แล้ว: การเกิดออกซิเดชันที่นำไปสู่การก่อตัวของโบรมีนอิสระ คราวนี้ เพิ่ม H สองสามหยดลงในสารละลายโพแทสเซียมโบรไมด์ KBr ในขวด₂SO₄ และส่วนของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (3% H₂O₂ ใช้เป็นยาฆ่าเชื้อ) สักพัก ส่วนผสมจะกลายเป็นสีเหลือง:

2KBr+H₂O₂ +H₂SO₄ →เค₂SO₄ + บรา₂ + 2H₂O

ดังนั้นน้ำโบรมีนที่ได้รับจึงมีมลพิษ แต่ X เป็นปัญหาเดียว₂O₂. ดังนั้นจึงต้องกำจัดแมงกานีสไดออกไซด์ MnO₂ซึ่งจะสลายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ส่วนเกิน วิธีที่ง่ายที่สุดในการหาสารประกอบมาจากเซลล์แบบใช้แล้วทิ้ง (กำหนดเป็น R03, R06) ซึ่งอยู่ในรูปของมวลสีเข้มที่เติมสังกะสีในถ้วย วางมวลเล็กน้อยลงในขวดและหลังจากทำปฏิกิริยาแล้วให้เท supernatant ออกและรีเอเจนต์ก็พร้อม

อีกวิธีหนึ่งคืออิเล็กโทรลิซิสของสารละลายที่มีน้ำเป็น KBr เพื่อให้ได้สารละลายโบรมีนที่ค่อนข้างบริสุทธิ์ จำเป็นต้องสร้างไดอะแฟรมอิเล็กโทรไลเซอร์ เช่น เพียงแบ่งบีกเกอร์กับกระดาษแข็งที่เหมาะสม (วิธีนี้คุณจะลดการผสมผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาบนอิเล็กโทรด) แท่งกราไฟต์ที่นำมาจากเซลล์แบบใช้แล้วทิ้ง 3 ที่ระบุไว้ข้างต้นจะใช้เป็นขั้วไฟฟ้าบวก และตะปูธรรมดาเป็นขั้วลบ แหล่งพลังงานคือแบตเตอรี่เซลล์แบบเหรียญ 4,5 V เทสารละลาย KBr ลงในบีกเกอร์ ใส่ขั้วไฟฟ้าโดยต่อสายไฟ ใกล้ขั้วบวก สารละลายจะเปลี่ยนเป็นสีเหลือง (นี่คือน้ำโบรมีนของคุณ) และฟองไฮโดรเจนจะเกิดขึ้นที่ขั้วลบ (4). มีกลิ่นโบรมีนแรงอยู่เหนือกระจก วาดสารละลายด้วยเข็มฉีดยาหรือปิเปต

4. เซลล์ไดอะแฟรมทำเองทางด้านซ้ายและเซลล์เดียวกันในการผลิตน้ำโบรมีน (ขวา) รีเอเจนต์สะสมอยู่รอบๆ อิเล็กโทรดบวก ฟองไฮโดรเจนสามารถมองเห็นได้บนขั้วลบ

คุณสามารถเก็บน้ำโบรมีนไว้ในภาชนะที่ปิดสนิทเป็นเวลาสั้นๆ โดยป้องกันไม่ให้ถูกแสงและในที่เย็น แต่ควรลองใช้ทันที หากคุณทำกระดาษแป้งไอโอดีนตามสูตรจากส่วนที่สองของรอบ ให้หยดน้ำโบรมีนหนึ่งหยดลงบนกระดาษ จุดด่างดำจะปรากฏขึ้นทันทีโดยส่งสัญญาณถึงการก่อตัวของไอโอดีนอิสระ:

2KI + บรา₂ → ฉัน₂ + KVg

เช่นเดียวกับที่ได้โบรมีนจากน้ำทะเลโดยแทนที่โบรไมด์ด้วยตัวออกซิไดซ์ที่แรงกว่า () ดังนั้นโบรมีนจะแทนที่ไอโอดีนที่อ่อนแอกว่าไอโอไดด์ (แน่นอนว่าคลอรีนจะแทนที่ไอโอดีนด้วย)

หากคุณไม่มีกระดาษแป้งไอโอดีน ให้เทสารละลายโพแทสเซียมไอโอไดด์ลงในหลอดทดลองแล้วเติมน้ำโบรมีนสองสามหยด สารละลายจะมืดลงและเมื่อเติมตัวบ่งชี้แป้ง (สารแขวนลอยของแป้งมันฝรั่งในน้ำ) จะเปลี่ยนเป็นสีน้ำเงินเข้ม - ผลลัพธ์บ่งชี้ถึงลักษณะของไอโอดีนอิสระ (5). 

5. การตรวจหาโบรมีน ด้านบน - กระดาษแป้งไอโอดีนด้านล่าง - สารละลายโพแทสเซียมไอโอไดด์พร้อมตัวบ่งชี้แป้ง (ด้านซ้าย - รีเอเจนต์สำหรับปฏิกิริยาด้านขวา - ผลลัพธ์ของการผสมสารละลาย)

สองการทดลองในครัว

จากการทดลองมากมายกับน้ำโบรมีน ฉันขอแนะนำสองการทดลองที่คุณต้องการน้ำยาจากห้องครัว อย่างแรก นำน้ำมันเรพซีดออกมาหนึ่งขวด

7. ปฏิกิริยาของน้ำโบรมีนกับน้ำมันพืช มองเห็นชั้นบนสุดของน้ำมัน (ซ้าย) และชั้นล่างของน้ำย้อมด้วยโบรมีนก่อนเกิดปฏิกิริยา (ซ้าย) หลังจากเกิดปฏิกิริยา (ขวา) ชั้นที่เป็นน้ำจะเปลี่ยนเป็นสี

ดอกทานตะวันหรือน้ำมันมะกอก เทน้ำมันพืชจำนวนเล็กน้อยลงในหลอดทดลองด้วยน้ำโบรมีนแล้วเขย่าเนื้อหาเพื่อให้น้ำยาผสมกัน เมื่ออิมัลชันที่ละลายน้ำได้แตกตัว น้ำมันจะอยู่ด้านบน (มีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำ) และน้ำโบรมีนอยู่ที่ด้านล่าง อย่างไรก็ตาม ชั้นน้ำสูญเสียสีเหลืองไป ผลกระทบนี้ "ห้าม" สารละลายในน้ำและใช้เพื่อทำปฏิกิริยากับส่วนประกอบของน้ำมัน (6). 

น้ำมันพืชมีกรดไขมันไม่อิ่มตัวค่อนข้างมาก (รวมกับกลีเซอรีนเพื่อสร้างไขมัน) อะตอมของโบรมีนติดอยู่กับพันธะคู่ในโมเลกุลของกรดเหล่านี้ ทำให้เกิดอนุพันธ์โบรมีนที่สอดคล้องกัน การเปลี่ยนสีของน้ำโบรมีนเป็นการบ่งชี้ว่ามีสารประกอบอินทรีย์ไม่อิ่มตัวอยู่ในตัวอย่างทดสอบ กล่าวคือ สารประกอบที่มีพันธะคู่หรือสามตัวระหว่างอะตอมของคาร์บอน (7). 

สำหรับการทดลองในครัวครั้งที่สอง ให้เตรียมเบกกิ้งโซดา เช่น โซเดียมไบคาร์บอเนต NaHCO₃และน้ำตาลสองชนิด - กลูโคสและฟรุกโตส คุณสามารถซื้อโซดาและกลูโคสได้ที่ร้านขายของชำ และซื้อฟรุกโตสได้ที่ตู้เบาหวานหรือร้านขายอาหารเพื่อสุขภาพ กลูโคสและฟรุกโตสสร้างซูโครสซึ่งเป็นน้ำตาลทั่วไป นอกจากนี้ยังมีคุณสมบัติที่คล้ายคลึงกันมากและมีสูตรรวมที่เหมือนกันและหากยังไม่เพียงพอก็สามารถส่งผ่านถึงกันได้อย่างง่ายดาย จริง มีความแตกต่างระหว่างพวกเขา: ฟรุกโตสมีความหวานมากกว่ากลูโคส และในทางแก้ จะเปลี่ยนระนาบของแสงไปในทิศทางอื่น คุณจะใช้ความแตกต่างในโครงสร้างทางเคมี: กลูโคสเป็นอัลดีไฮด์ และฟรุกโตสเป็นคีโตน

7. ปฏิกิริยาของการเพิ่มโบรมีนในการจับ

คุณอาจจำได้ว่ามีการระบุน้ำตาลรีดิวซ์โดยใช้การทดสอบ Trommer และ Tollens มุมมองภายนอกของอิฐ Cu เงินฝาก₂O (ในครั้งแรก) หรือกระจกสีเงิน (ในครั้งที่สอง) บ่งชี้ว่ามีสารรีดิวซ์ เช่น อัลดีไฮด์

อย่างไรก็ตาม ความพยายามเหล่านี้ไม่ได้แยกความแตกต่างระหว่างกลูโคสอัลดีไฮด์และฟรุกโตสคีโตน เนื่องจากฟรุกโตสจะเปลี่ยนโครงสร้างอย่างรวดเร็วในตัวกลางที่ทำปฏิกิริยาและเปลี่ยนเป็นกลูโคส จำเป็นต้องใช้รีเอเจนต์ทินเนอร์

ฮาโลเจน as 

มีกลุ่มของสารเคมีที่มีคุณสมบัติใกล้เคียงกับสารประกอบที่คล้ายคลึงกัน พวกมันสร้างกรดตามสูตรทั่วไป HX และเกลือที่มีโมโนเนกาทีฟ X– แอนไอออน และกรดเหล่านี้ไม่ได้เกิดขึ้นจากออกไซด์ ตัวอย่างของซูโดฮาโลเจนดังกล่าวคือกรดไฮโดรไซยานิกที่เป็นพิษ HCN และไทโอไซยาเนต HSCN ที่ไม่เป็นอันตราย บางชนิดถึงกับก่อตัวเป็นโมเลกุลไดอะตอมมิก เช่น ไซยาไนด์ (CN)₂.

นี่คือจุดที่น้ำโบรมีนเข้ามามีบทบาท ทำสารละลาย: กลูโคสด้วยการเติม NaHCO₃ และฟรุกโตสพร้อมกับเบกกิ้งโซดา เทสารละลายกลูโคสที่เตรียมไว้ลงในหลอดทดลองหนึ่งที่มีน้ำโบรมีน และสารละลายฟรุกโตสลงในอีกหลอดหนึ่งพร้อมกับน้ำโบรมีนด้วย มองเห็นความแตกต่างได้อย่างชัดเจน: น้ำโบรมีนถูกเปลี่ยนสีภายใต้การกระทำของสารละลายน้ำตาลกลูโคส และฟรุกโตสไม่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงใดๆ น้ำตาลทั้งสองชนิดสามารถแยกความแตกต่างได้ในสภาพแวดล้อมที่เป็นด่างเล็กน้อย (โดยโซเดียมไบคาร์บอเนต) และด้วยตัวออกซิไดซ์อ่อนๆ เช่น น้ำโบรมีน การใช้สารละลายที่มีความเป็นด่างสูง (จำเป็นสำหรับการทดสอบ Trommer และ Tollens) ทำให้เกิดการเปลี่ยนน้ำตาลอย่างรวดเร็วและการเปลี่ยนสีของน้ำโบรมีนด้วยฟรุกโตส หากต้องการทราบ ให้ทดสอบซ้ำโดยใช้โซเดียมไฮดรอกไซด์แทนเบกกิ้งโซดา