브롬 : 역사, 구조, 전자 구성, 특성, 용도 - 화학 - 2026

브롬 주기율표의 할로겐 기, (17) (VIIA)에 속하는 비금속 원소이다. 그것의 화학 기호는 Br입니다. 원자가 공유 결합에 의해 연결된 이원자 분자로 나타나기 때문에 분자식 Br ₂ 가 할당됩니다 .

불소 및 염소와 달리 육상 환경의 브롬은 기체가 아니라 적갈색 액체입니다 (아래 이미지). 그것은 연기가 나고 유일한 액체 원소 인 수은과 함께 있습니다. 그 아래에서 요오드는 색이 강해지고 자주색으로 변하지 만 휘발성 고체로 결정화 될 수 있습니다.

순수한 액체 브롬이 든 바이알. 출처 : 화학 원소의 고해상도 이미지

브롬은 1825 년 독일 화학자 레오폴트 그 멜린 (Leopold Gmelin)의지도하에 연구하던 Carl Löwig에 의해 독립적으로 발견되었습니다. 그리고 1826 년에 프랑스 화학자 앙투안-제롬 발라 르에 의해. 그러나 Balard의 실험 결과 발표는 Löwig에 선행했습니다.

브롬은 지구상에서 62 번째로 가장 풍부한 원소로 지각 전체에 저농도로 분포되어 있습니다. 바다에서 평균 농도는 65ppm입니다. 인체에는 0.0004 %의 브롬이 포함되어 있으며 그 기능은 확실하지 않습니다.

이 요소는 특수한 조건으로 인해 염수가 고농도 인 소금물이나 장소에서 상업적으로 이용됩니다. 예를 들어, 인접한 영토의 물이 수렴하여 소금으로 포화 된 사해.

백금 및 팔라듐과 같은 금속을 공격 할 수있는 부식성 요소입니다. 물에 용해 된 브롬은 또한 인간 조직에 부식 작용을 발휘하여 브롬화 수소산이 생성 될 수 있기 때문에 상황을 악화시킬 수 있습니다. 독성과 관련하여 간, 신장, 폐 및 위와 같은 장기에 심각한 손상을 줄 수 있습니다.

브롬은 대기 중에 매우 유해하며 염소보다 오존층에 40-100 배 더 파괴적입니다. 남극 대륙에서 오존층 손실의 절반은 훈증제로 사용되는 화합물 인 브로 모 메틸과 관련된 반응에 의해 생성됩니다.

난연제, 표백제, 표면 소독제, 연료 첨가제, 진정제 제조 중간체, 유기 화학 물질 제조 등 다양한 용도로 사용됩니다.

역사

Carl Löwig의 작품

브롬은 1825 년 독일 화학자 인 Carl Jacob Löwig와 1826 년 프랑스 화학자 Antoine Balard에 의해 거의 동시에 독립적으로 발견되었습니다.

독일 화학자 레오폴트 그 멜린의 제자 인 칼 뢰 위그는 바트 크로이츠 나흐의 샘에서 물을 모아 염소를 첨가했습니다. 에테르를 첨가 한 후, 액체 혼합물을 교반 하였다.

그 후, 에테르를 증류 제거하고 증발 농축시켰다. 그 결과 그는 브롬 인 적갈색 물질을 얻었습니다.

Antoine Balard의 작품

Balard는 그의 부분을 위해 fucus로 알려진 갈조류의 재를 사용하여 몽펠리에 소금 평지에서 추출한 소금물과 혼합했습니다. 따라서 그는 브롬을 방출하고 추출 된 수성 물질을 통해 염소를 통과 시켰으며, 여기에는 브롬화 마그네슘 MgBr ₂ 가 존재했습니다 .

그 후, 이산화망간과 황산의 존재하에이 물질을 증류하여 적색 증기를 생성하여 어두운 액체로 응축했습니다. Balard는 그것이 새로운 요소라고 생각하고 소금물이 지정된 라틴어 muria에서 파생 된 muride라고 불렀습니다.

발라 르가 Anglada 나 Gay-Lussac의 제안에 따라 이름을 muride에서 brôme로 변경 한 것으로 알려져 있습니다. 이는 brôme이 파울을 의미하며 발견 된 요소의 냄새를 정의한다는 사실을 바탕으로합니다.

결과는 Löwig가 자신을 발표하기 전에 Belard가 Chemie and Physique의 Annales에 발표했습니다.

1858 년부터는 상당한 양의 브롬을 생산할 수있었습니다. Stassfurt 소금 매장지가 발견되고 개발 된 해에 칼륨의 부산물로 브롬이 생성되었습니다.

브롬의 구조 및 전자 구성

분자

Br2 분자. 출처 : Benjah-bmm27.

위 이미지 는 콤팩트 한 충전 패턴을 가진 브롬 분자 Br _2를 보여줍니다 . 실제로 두 브롬 원자 Br-Br 사이에는 단일 공유 결합이 있습니다.

균질하고 이원자 분자이기 때문에 영구 쌍극자 모멘트가 없으며 런던 분산력을 통해서만 동일한 유형의 다른 분자와 상호 작용할 수 있습니다.

이것이 붉은 액체가 발연하는 이유입니다. Br ₂ 분자 에서는 상대적으로 무겁지만 분자간 힘이 이들을 느슨하게 결합시킵니다.

브롬은 염소보다 전기 음성이 적기 때문에 원자가 껍질의 전자에 덜 매력적인 영향을 미칩니다. 결과적으로 더 높은 에너지 수준을 이동하고 녹색 광자를 흡수하며 붉은 색을 반사하는 데 적은 에너지가 필요합니다.

크리스탈

브롬 결정 구조. 출처 : Ben Mills.

기체상에서 Br ₂ 분자 는 그들 사이에 효율적인 상호 작용이 없을 때까지 상당히 분리됩니다. 그러나 녹는 점 이하에서는 브롬이 얼어 붉은 사방 정계 결정 (상단 이미지)으로 변할 수 있습니다.

Br ₂ 분자 가 "브롬 벌레"처럼 보이도록 정렬 된 방식에 주목하십시오 . 여기에서 그리고 이러한 온도 (T <-7.2 ° C)에서 분자의 진동이 결정을 즉시 붕괴시키지 않도록 분산력이 충분합니다. 그러나 여전히 그들 중 몇몇은 끊임없이 승화 할 것입니다.

원자가 층 및 산화 상태

브롬의 전자 구성은 다음과 같습니다.

3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁵

3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁵ 이기 때문에 원자가 껍질 (3d ¹⁰ 궤도 는 화학 반응에서 주도적 인 역할을하지 않음). 4s 및 4p 오비탈의 전자는 가장 바깥쪽에 있으며, 원자가 옥텟을 완성하는 데 단 1 개의 전자 만 떨어져 있습니다.

이 구성에서 브롬의 가능한 산화 상태는 다음과 같이 추론 할 수 있습니다. -1, 크립톤에 대해 등 전자가되는 전자를 얻는 경우; +1, 3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁴ 남음 ; +3, +4 및 +5, 4p 궤도에서 모든 전자 손실 (3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁰ ); +7, 4s 궤도 (3d ¹⁰ 4s ⁰ 4p ⁰ )에 전자를 남기지 않습니다 .

속성

외모

암 적갈색 발연 액체. 그것은 공유 결합에 의해 연결된 원자와 함께 자연에서 이원자 분자로 발견됩니다. 브롬은 물보다 밀도가 높은 액체이며 그 안에 가라 앉습니다.

원자량

79.904g / 몰.

원자 번호

35.

냄새

매운, 질식 및 자극적 인 연기.

녹는 점

-7.2 ° C

비점

58.8 ° C

밀도 (Br

3.1028g / cm ³

수용성

25 ° C에서 33.6g / L 물에 대한 브롬의 용해도는 낮으며 온도가 낮아질수록 증가하는 경향이 있습니다. 다른 가스와 유사한 거동.

용해도

알코올, 에테르, 클로로포름, 사염화탄소, 이황화 탄소 및 진한 염산에 잘 용해됩니다. 알코올, 황산 및 많은 할로겐화 용매와 같은 비극성 및 일부 극성 용매에 용해됩니다.

트리플 포인트

5.8kPa에서 265.9K.

임계점

10.34 MPa에서 588K

융합 열 (Br

10.571 kJ / 몰.

기화열 (Br

29.96 kJ / 몰.

몰 열용량 (Br

75.69 kJ / 몰.

증기압

270K, 10kPa의 온도에서.

자동 점화 온도

가연성이 아닙니다.

발화점

113 ° C

보관 온도

2 ~ 8ºC.

표면 장력

25 ° C에서 40.9mN / m

냄새 역치

0.05-3.5ppm. 0.39 mg / m ³

굴절률 (ηD)

20 ° C에서 1.6083, 25 ° C에서 1.6478

전기 음성도

폴링 척도 2.96.

이온화 에너지

-1 단계 : 1,139.9 kJ / mol.

-두 번째 수준 : 2,103 kJ / mol.

-3 단계 : 3,470 kJ / mol.

원자 라디오

오후 120시.

공유 반경

오후 120.3.

Van der Waals 라디오

오후 185.

반동

염소보다 반응성이 적지 만 요오드보다 반응성이 높습니다. 그것은 염소보다 덜 강하고 요오드보다 강한 산화제입니다. 또한 요오드보다 약한 환원제이지만 염소보다 강합니다.

염소 증기는 많은 물질과 인체 조직에 매우 부식성이 있습니다. 백금과 팔라듐을 포함한 많은 금속 원소를 공격합니다. 그러나 납, 니켈, 마그네슘, 철, 아연을 공격하지 않으며 300ºC 이하에서는 나트륨도 공격하지 않습니다.

물 속의 브롬은 변화를 거쳐 브롬화물로 변합니다. 또한, 브롬 (브로로서 존재할 수 ₃ ^- 액체의 pH에 따라).

산화 작용으로 인해 브롬은 산소 자유 라디칼의 방출을 유도 할 수 있습니다. 이들은 강력한 산화제이며 조직 손상을 일으킬 수 있습니다. 또한 브롬은 칼륨, 인 또는 주석과 결합 될 때 자발적으로 발화 할 수 있습니다.

응용

가솔린 첨가제

에틸렌 디 브로마이드는 자동차 엔진에서 잠재적 인 납 침전물을 제거하는 데 사용되었습니다. 납을 첨가제로 사용한 휘발유가 연소 된 후, 브롬은 납과 결합되어 배기관을 통해 배출되는 휘발성 가스 인 브롬화 납을 형성합니다.

브롬은 휘발유에서 납을 제거했지만 오존층에 대한 파괴적인 작용은 매우 강력했기 때문에이 용도로 폐기되었습니다.

살충제

메틸렌 또는 브로 모 메틸 브로마이드는 특히 구충과 같은 기생충 선충을 제거하기 위해 토양을 정화하기위한 살충제로 사용되었습니다.

그러나 대부분의 브롬 함유 화합물의 사용은 오존층에 대한 파괴 작용으로 인해 폐기되었습니다.

수은 방출 제어

브롬은 매우 독성이 강한 금속 인 수은의 배출을 줄이기 위해 일부 공장에서 사용됩니다.

사진술

브롬화은은 요오드화은 및 염화은 외에도 사진 유제에서 감광성 화합물로 사용됩니다.

치료 조치

칼륨 브로마이드와 리튬 브로마이드는 19 세기와 20 세기 초에 일반적인 진정제로 사용되었습니다. 단순한 소금 형태의 브로마이드는 여전히 일부 국가에서 항 경련제로 사용됩니다.

그러나 미국 FDA는 오늘날 질병 치료에 브롬 사용을 승인하지 않습니다.

난연제

브롬은 화염에 의해 브롬화 수소산으로 변환되어 화재시 발생하는 산화 반응을 방해하여 소멸을 유발합니다. 브롬 함유 폴리머는 난연성 수지를 만드는 데 사용됩니다.

식품 첨가물

요리를 개선하기 위해 소량의 브롬 산 칼륨이 밀가루에 첨가되었습니다.

시약 및 화학 중간체

브롬화 수소는 유기 반응의 환원제 및 촉매로 사용됩니다. 브롬은 약물, 유압 유체, 냉각제, 제습기 및 머리카락을 흔드는 제제의 제조에서 화학 중간체로 사용됩니다.

또한 우물 굴착 유체, 물 소독 용 제품, 표백제, 표면 소독제, 염료, 연료 첨가제 등의 생산에도 사용됩니다.

생물학적 작용

2014 년에 수행 된 연구에 따르면 브롬은 콜라겐 IV의 생합성에 필요한 보조 인자이며, 이는 브롬을 동물 조직 발달에 필수적인 요소로 만듭니다. 그러나 요소 부족의 결과에 대한 정보는 없습니다.

어디에 있습니까?

브롬은 미국 아칸소 주와 유타주 그레이트 솔트 레이크에서 발견되는 깊은 소금 광산과 소금물 구덩이에서 상업적으로 추출됩니다. 이 마지막 염수는 브롬 농도가 0.5 %입니다.

브롬을 추출하기 위해 뜨거운 가스 염소를 염수에 첨가하여 용액의 브롬 이온을 산화시켜 브롬 원소를 수집합니다.

요르단과 이스라엘의 경계에있는 사해는 해수면 아래에있는 폐쇄 된 바다로 소금 농도가 매우 높습니다.

브롬과 칼륨은 사해에서 높은 염수를 증발시켜 상업적으로 얻습니다. 이 바다에서 브롬 농도는 5g / L에이를 수 있습니다.

일부 온천에서는 고농도로 발견됩니다. 예를 들어, 브롬 나이트는 볼리비아와 멕시코에서 발견되는 브롬화은 광물입니다.

위험

액체 상태의 브롬은 인체 조직을 부식시킵니다. 그러나 인간에게 가장 큰 위험은 브롬 연기와 흡입에서 비롯됩니다.

브롬 농도가 11–23 mg / m ³ 인 환경에서 호흡 하면 심각한 충격이 발생합니다. 30–60 mg / m ³ 농도 는 매우 해 롭습니다. 한편, 200mg의 농도는 치명적일 수 있습니다.

참고 문헌

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5. Lenntech BV (2019). 브롬. 출처 : lenntech.com