Proprietà fisiche e chimiche e usi dell'acido bromous (HBrO2)

Il acido bromo È un composto inorganico della formula HBrO2. Detto acido è uno degli acidi bromo ossiacido dove si trova in uno stato di ossidazione 3+. I sali di questo composto sono noti come bromiti. È un composto instabile che non è stato possibile isolare in laboratorio.

Questa instabilità, analoga all'acido iodico, è dovuta a una reazione di dismutazione (o sproporzione) per formare acido ipobromoso e acido bromico come segue: 2HBrO_Due → HBrO + HBrO_3.

L'acido bromo può agire come intermedio in diverse reazioni nell'ossidazione degli ipobromiti (Ropp, 2013). Può essere ottenuto con mezzi chimici o elettrochimici in cui l'ipobromite viene ossidato allo ione bromito come:

HBrO + HClO → HBrO_Due + HCl

HBrO + H_DueO + 2e^- → HBrO_Due + H_Due

Indice articolo

• 1 Proprietà fisiche e chimiche
• 2 Usi
  • 2.1 Composti alcalino terrosi
  • 2.2 Agente riducente
  • 2.3 Reazione di Belousov-Zhabotinski
• 3 Riferimenti

Proprietà fisiche e chimiche

Come accennato in precedenza, l'acido bromo è un composto instabile che non è stato isolato, quindi le sue proprietà fisiche e chimiche si ottengono, con alcune eccezioni, teoricamente attraverso calcoli computazionali (National Center for Biotechnology Information, 2017).

Il composto ha un peso molecolare di 112,91 g / mol, un punto di fusione di 207,30 gradi centigradi e un punto di ebollizione di 522,29 gradi centigradi. La sua solubilità in acqua è stimata in 1 x 106 mg / L (Royal Society of Chemistry, 2015).

Non vi è alcun rischio registrato nella manipolazione di questo composto, tuttavia, è stato riscontrato che è un acido debole..

La cinetica della reazione di sproporzione del bromo (III), 2Br (III) → Br (1) + Br (V), è stata studiata in tampone fosfato, nell'intervallo di pH di 5,9-8,0, monitorando l'assorbanza ottica a 294 nm utilizzando flusso.

Le dipendenze di [H⁺] e [Br (III)] erano di ordine 1 e 2 rispettivamente, dove non è stata trovata alcuna dipendenza da [Br-]. La reazione è stata anche studiata in tampone acetato, nell'intervallo di pH 3,9 - 5,6.

All'interno dell'errore sperimentale, non è stata trovata alcuna prova di una reazione diretta tra due ioni BrO2. Questo studio fornisce costanti di velocità 39,1 ± 2,6 M.^-1  per la reazione:

HBrO_Due + Fra_Due→ HOBr + Br0₃^-

Costanti di velocità 800 ± 100 M.^-1 per la reazione:

2HBr0_Due → HOBr + Br0₃^- + H⁺

E un quoziente di equilibrio di 3,7 ± 0,9 X 10^-4  per la reazione:

HBr02 ⇌ H + + BrO_Due^-

Ottenere un pKa sperimentale di 3,43 con una forza ionica di 0,06 M e 25,0 ° C (R. B. Faria, 1994).

Applicazioni

Composti alcalino terrosi

L'acido bromico o il bromito di sodio viene utilizzato per produrre il bromito di berillio in base alla reazione:

Essere (oh)_Due + HBrO_Due → Be (OH) BrO_Due + H_DueO

I bromiti sono di colore giallo allo stato solido o in soluzioni acquose. Questo composto è utilizzato industrialmente come agente disincrostante ossidativo dell'amido nella raffinazione dei tessuti (Egon Wiberg, 2001).

Agente riducente

L'acido bromico o i bromiti possono essere utilizzati per ridurre lo ione permanganato in manganato come segue:

2MnO₄^- + Fra_Due^- + 2OH^-→ BrO₃^- + 2MnO₄^Due- + H_DueO

Cosa è conveniente per la preparazione di soluzioni di manganese (IV).

Reazione di Belousov-Zhabotinski

L'acido bromo agisce come un importante intermedio nella reazione di Belousov-Zhabotinski (Stanley, 2000), che è una dimostrazione visivamente sorprendente..

In questa reazione, tre soluzioni vengono miscelate per formare un colore verde, che diventa blu, viola e rosso, quindi torna al verde e si ripete.

Le tre soluzioni mescolate sono le seguenti: una soluzione KBrO₃ 0,23 M, una soluzione di acido malonico 0,31 M con 0,059 M KBr e una soluzione di nitrato di ammonio 0,019 M cerio (IV) e H_DueSW₄ 2.7M.

Durante la presentazione, una piccola quantità dell'indicatore di ferroina viene introdotta nella soluzione. Gli ioni manganese possono essere usati al posto del cerio. La reazione B-Z complessiva è l'ossidazione catalizzata da cerio dell'acido malonico da parte di ioni bromato in acido solforico diluito come presentato nella seguente equazione:

3CH_Due (CO_DueH)_Due + 4 BrO₃^- → 4 Br^- + 9 CO_Due + 6 h_DueO (1)

Il meccanismo di questa reazione coinvolge due processi. Il processo A coinvolge ioni e trasferimenti di due elettroni, mentre il processo B coinvolge radicali e trasferimenti di un elettrone..

La concentrazione di ioni bromuro determina quale processo è dominante. Il processo A è dominante quando la concentrazione di ioni bromuro è alta, mentre il processo B è dominante quando la concentrazione di ioni bromuro è bassa..

Il processo A è la riduzione degli ioni bromato da parte degli ioni bromuro in due trasferimenti di elettroni. Può essere rappresentato da questa reazione netta:

Fra₃^- + 5Br^- + 6H⁺ → 3Br_Due + 3H_DueOppure (2)

Ciò si verifica quando si mescolano le soluzioni A e B. Questo processo avviene tramite i tre passaggi seguenti:

Fra₃^- + Br^- +2 h⁺ → HBrO_Due + HOBr (3)

HBrO_Due + Br^- + H⁺ → 2 PIANI (4)

HOBr + Br^- +H⁺ → Br_Due + H_DueOppure (5)

Il bromo creato dalla reazione 5 reagisce con l'acido malonico mentre enolizza lentamente, come rappresentato dalla seguente equazione:

Br_Due + CH_Due (CO_DueH)_Due → BrCH (CO_DueH)_Due + Br^- + H (6)

Queste reazioni lavorano per ridurre la concentrazione di ioni bromuro nella soluzione. Ciò consente al processo B di diventare dominante. La reazione complessiva del processo B è rappresentata dalla seguente equazione:

2BrO3^- + 12H⁺ + 10 Ce³⁺ → Br_Due + 10Ce⁴⁺6H_DueOPPURE (7)

E consiste nei seguenti passaggi:

Fra₃ ^- + HBrO_Due + H⁺ → 2BrO_Due • + H_DueOPPURE (8)

Fra_Due • + Ce³⁺ + H⁺ → HBrO_Due + CE⁴⁺ (9)

2 HBrO_Due → HOBr + BrO₃ ^- + H⁺ (10)

2 HOBr → HBrO_Due + Br^- + H⁺ (undici)

HOBr + Br^- + H⁺ → Br_Due + H_DueO (12)

Gli elementi chiave di questa sequenza includono il risultato netto dell'equazione 8 più due volte l'equazione 9, mostrato di seguito:

2Ce³⁺ + Fra₃ - + HBrO_Due + 3H⁺ → 2Ce⁴⁺ + H_DueO + 2HBrO_Due (13)

Questa sequenza produce acido bromo in modo autocatalitico. L'autocatalisi è una caratteristica essenziale di questa reazione, ma non continua fino a quando i reagenti non sono esauriti, perché c'è una distruzione del secondo ordine di HBrO2, come si vede nella reazione 10.

Le reazioni 11 e 12 rappresentano la sproporzione dell'acido iperbromoso rispetto all'acido bromo e al Br2. Gli ioni cerio (IV) e il bromo ossidano l'acido malonico per formare ioni bromuro. Ciò provoca un aumento della concentrazione di ioni bromuro, che riattiva il processo A.

I colori in questa reazione sono formati principalmente dall'ossidazione e dalla riduzione dei complessi ferro-cerio..

La ferroina fornisce due dei colori visti in questa reazione: all'aumentare di [Ce (IV)], ossida il ferro nella ferroina dal ferro rosso (II) al ferro blu (III). Il cerio (III) è incolore e il cerio (IV) è giallo. La combinazione di cerio (IV) e ferro (III) rende il colore verde.

Nelle giuste condizioni, questo ciclo si ripeterà più volte. La pulizia della vetreria è un problema perché le oscillazioni sono interrotte dalla contaminazione da ioni cloruro (Horst Dieter Foersterling, 1993).

Riferimenti

1. acido bromo. (2007, 28 ottobre). Estratto da ChEBI: ebi.ac.uk.
2. Egon Wiberg, N. W. (2001). Chimica inorganica. london-san diego: stampa accademica.
3. Horst Dieter Foersterling, M. V. (1993). Acido bromo / cerio (4+): reazione e disproporzione di HBrO2 misurata in soluzione di acido solforico a differenti acidità. Phys. Chem 97 (30), 7932-7938.
4. acido iodio. (2013-2016). Estratto da molbase.com.
5. Centro nazionale per le informazioni sulla biotecnologia. (2017, 4 marzo). Database composto di PubChem; CID = 165616.
6. B. Faria, I. R. (1994). Cinetica della sproporzione e pKa dell'acido bromo. J. Phys. Chem. 98 (4), 1363-1367. 
7. Ropp, R. C. (2013). Enciclopedia dei composti alcalini terrosi. Oxford: Elvesier.
8. Royal Society of Chemistry. (2015). Acido bromo. Estratto da chemspider.com.
9. Stanley, A. A. (2000, 4 dicembre). Sintesi della dimostrazione di chimica inorganica avanzata reazione oscillante.