Общие сведения и методы получения
Бром (Вг₂) Д красно-бурая жидкость с резким неприятным запахом, относится к галогенам. Бром открыт в 1826 г. во Франции химиком А. Ж. Баларом при изучении рассолов средиземноморских соляных промыслов; название элемента связано с его неприятным запахом (от греческого «бромос» Д зловонный). Из-за высокой химической активности в свободном виде не встречается, находится в виде бромидов в морской воде, в водах соляных озер, нефтяных буровых скважин, в земной коре в верхних слоях залежей поваренной соли. Содержание в земной коре 1,6*10^-4 % (по массе), запасы оцениваются 10¹⁵Д 10¹⁶ тонн; в подземных буровых водах от 170 до 700 мг/л брома. Бромиды NaBr, KBr, MgBr₂ встречаются в отложениях хлоридов (в поваренной соли, сильвине, карналите) и в подземных солевых растворах. Благодаря хорошей растворимости в воде бромиды редко образуют твердые минеральные формы. Из последних известны: бромирит AgBr, эмболит Аg (Cl, Вг), иодэмболит Ag (Cl, Вг, I). Сырьем для промышленного получения брома в СССР является озерная и морская рапа, щелока от переработки калийных солей и буровые воды нефтяных районов, содержащие бром в виде бромид-иона Вг-. Его выделяют, пропуская хлор через предварительно подкисленную реакционную смесь (рН З,5), а затем отгоняют из раствора водяным паром или воздухом. Температура в реакционном пространстве (110Д115)°С. После этого бром отделяют от воды и очищают от примеси хлора дистилляцией. За рубежом бром получают из морской воды, которую подкисляют серной кислотой и обрабатывают хлором с дальнейшим выделением брома из реакционной смеси. Химический состав реактива брома регламентируется по ГОСТ 4109Д79. Технический бром упаковывают в чистые сухие склянки емкостью 1 л, с толщиной стенок не менее 3 мм с навинчивающейся крышкой из фторопласта или полиэтилена низкого давления с фторопластовым или полиэтиленовым вкладышем; в эмалированные металлические контейнеры емкостью 0,4 и 4 м³, или гомогенно-освинцованные контейнеры вместимостью 320 л. Перед заполнением контейнеры должны продуваться сухим воздухом, подогретым в электронагревателе до 80 °С. Склянки с бромом упаковывают в плотные деревянные ящики, имеющие гнезда. Бром в склянках и контейнерах хранят в крытых складских помещениях, исключающих попадание прямых солнечных лучей на тару с продуктом. Бром токсичен, и жидком состоянии действует на кожу, образуя долго незаживающие язвы. Пары брома раздражают верхние дыхательные пути, вызывают кашель, головокружение, носовое кровотечение. Предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны производственных помещений составляет 0,5 мг/м³. При работе с бромом следует применять индивидуальные средства защиты (резиновые перчатки и сапоги, прорезиненные фартуки, защитные очки; для защиты от паров Д противогаз марок В и БКФ), а также соблюдать правила личной гигиены; не допускать попадания брома внутрь организма и на кожу. При легком отравлении парами брома необходимо вдыхать аммиак; в тяжелых случаях больного помещают в теплое помещение и дают вдыхать кислород; обожженную бромом кожу многократно промывают водой и раствором соды, смазывают мазью, содержащей бикарбонат натрия, или ланолином. Помещения, в которых производят работы с бромом, должны быть оборудованы общей приточно-вытяжной механической вентиляцией.
Физические свойства
Атомные характеристики. Атомный номер 35, атомная масса 79,904 а. е. м., атомный объем 19,6*10^-6 м³/моль, атомный радиус (ковалентный) 0,119 нм, ионные радиусы Вг- 0,196 нм, Вг⁵⁺ 0,047 нм, Вг⁷⁺ 0,039 нм.

Значения потенциалов ионизации (эВ): 11,84; 21,6; 35,9. Сродство к электрону 3,56 зВ. Электроотрицательность 2,9, Молекула брома состоит из двух атомов, связь между которыми ковалентная неполярная; диссоциация на атомы становится заметной при температуре около 1073 К; диссоциация наблюдается и при действии света. Кристаллическая решетка ромбическая с периодами решетки (нм): а = 0,449; b=0,668; с=0,874; координационное число равно 1.
Природный бром состоит из двух стабильных изотопов ₇₉Вг (50,56 %) и ₈₁Br (49,44 %). Искусственным путем получен ряд радиоактивных изотопов; наиболее интересным из них является ₈₀Вг, на примере которого И. В. Курчатов открыл явление изомерии атомных ядер. Эффективное поперечное сечение захвата тепловых нейтронов для ₇₉Вг и ₈₁Вг составляет (10,4±1,0)*10^-28 м² и (2,6±0,4)*10^-28 м² соответственно. Среднее сечение захвата, полученное для максвелловского спектра нейтронов составляет 6*10^-28 м².
Плотность. Плотность жидкого брома при 293 К р=3,120 Мг/м³, твердого при 265,8 К около 3,400 Мг/м³.
Электрические и магнитные. Удельное электрическое сопротивление твердого брома при 255,8 К р=1,3*10¹¹ Ом.м; диэлектрическая проницаемость ε=3,22 (при комнатной температуре). Молекулярный бром диамагнитен. Магнитная восприимчивость χ в зависимости от температуры:
T, К...............103             265             266            291
χ 10⁹.....    Д0,40 (тв.)   Д0,40 (тв.)   Д0,40 (ж)   Д0,40 (ж)
Тепловые и термодинамические. Температура плавления Д7,3 °С, температура кипения +58,78 °С, критические параметры: температура 575,1 К, давление 13,1 МПа, плотность 1,18 Мг/м3. Удельная теплота плавления Вг₂ 67,57 кДж/кг, удельная теплота испарения 187,568 кДж/кг. Удельная теплоемкость жидкого Br₂ при 298 К Ср = 473,78 Дж/(кг*К); твердого брома при 10 К 38,94 Дж/(кг*К). Удельная теплоемкость газообразного брома (Вг) Cр =260,18 Дж/(кг*K) при 298,15 К и давлении 0,1013 МПа, для Вг₂ (газ) она изменяется так:
Т, К ...................... 298         400        600       1000        1500
Cр, Дж/(кг*К) ..... 225,89     229,65    233,42   235,92     237,79

Температурный коэффициент объемного расширения β*10³, К^-1 (при давлении 9,8-10⁴ Па) 1,11 и 1,132 при температуре 273 и 293 К соответственно. Стандартная энтальпия диссоциации молекул при 298 К =192 кДж/моль. Молярная энтропия s° Br₂ в зависимости от температуры:
Т, К............................298        500        1000       1500        2000        2500        3000
s°, Дж/(моль*К).........151,77    264,48    290,43    305,80      316,77      325,31     332,35

Приведенный термодинамический потенциал при 298 К Вг₂(ж.) Фt = 151,77 Дж/(моль*К), для Вг₂ (газ) Фt = 245,47 Дж/(моль-К). Давление пара брома при температуре плавления р=5,802 кПа. Давление паров брома р в зависимости от температуры;

Т. К           Р, Па
131 .........12,93*10^-8
142 .........12,93*10^-6
155 .........12,93*10^-4

174 .........12,93*10^-2

202 .........12,93

247 .........12,93*10²
 

Коэффициент диффузии (предэкспоненциальный множитель D₀) брома, растворенного в воде, при температуре 298 К в зависимости от концентрации:
Концентрация, моль/л     0,00105     0,00173     0,00183    0,00193   0,00230    0,00309    0,00429    0,00501
D₀*10⁹, м/с                       1,25            1,24         1,235       1,23         1,22         1,202       1,193        1,18

Динамическая вязкость жидкого брома в зависимости от температуры:
T, К................273       283      293       303       313       323       333
η, мПа-с......1,253       1,107   0,991   0,897     0,817    0,746     0,686
Поверхностное натяжение жидкого брома при 273 К σ =44 мН/м. Коэффициент поверхностного натяжения при 252 К σ=62,1 мН/м. Константа Сезерленда в интервале температур 463Д873 К равна 533. Криоскопическая постоянная брома 8,31, эбуллиоскопическая постоянная 5,2.
Оптические. Твердый бром имеет бурый цвет с металлическим блеском. Показатель преломления (длина волны λ=5893 мкм) п= 1,001125, поляризационная способность 0,26, поляризуемость 4,17.
Химические свойства
Нормальный электродный потенциал реакции 2Br^-Д2e = Br₂ (жидкость) Фо= 1,066 В. Электрохимический эквивалент брома (одновалентного) ранен 0,82815 мг/Кл. Химическая активность весьма высока: занимает промежуточное положение между хлором и иодом, но расположен ближе к хлору. Сильный окислитель, в соединениях проявляет степень окисления Д1, +1, +3, +5, +7. Непосредственно соединяется со многими металлами и неметаллами, замещает водород в углеводородах, присоединяется к ненасыщенным соединениям. С кислородом непосредственно не соединяется даже при высоких температурах, оксиды образуются косвенным путем. Известные оксиды брома: Вг₂О, ВгО₂, ВгО₃, Вг₃О₈. Все оксиды брома эндотермичны, при нагревании, а иногда и самопроизвольно разлагаются, в некоторых случаях со взрывом. Известны кислородные кислоты брома и их соли: НВгО Д бромноватистая кислота и ее соли гипобромиты; НВгО₃Дбромноватая кислота и ее соли броматы; НВгО₄Д бромная кислота и ее соли перброматы. Из кислородных соединений брома наиболее устойчивы соли кислородных кислот, наименее Д оксиды и кислоты. При нагревании бром соединяется с водородом, образуя бесцветный газ с резким запахом, хорошо растворимый в водеДбромводород НВг. Бромводород легко окисляется, сильный восстановитель. Водный раствор его Д бромводородная кислота. С металлами бром образует соли бромоводородной кислоты Д бромиды. Такие металлы как Аl, К, Sb энергично реагируют с сухим бромом; Fe, Zn, Bi, Na Д с влажным; с Pb и Ag реакция идет очень медленно; Та, Pb, Ag, Pt Д устойчивы к действию брома даже при повышении температуры и в присутствии влаги. Большинство бромидов хорошо растворимы в воде. Трудно растворяется бромид серебра AgBr. Соединения брома с азотом получают косвенным путем. Действием избытка аммиака на бром можно получить вещество красного цвета состава NBr₃-6NH₃, разлагающееся со взрывом при Д70 °С. Известен бромазид BrN₃ Д красная жидкость с температурой плавления Д45 °С. Взаимодействие брома с серой сопровождается сильным разогревом, иногда даже появляется пламя. Образуется бромистая сера S₂Br₂ Д гранатово-красная маслянистая жидкость, легко разлагающаяся водой. Известен также бромистый тионил SOBr₂Дмаслянистая жидкость с неприятным запахом, медленно разлагающаяся при обычных условиях на S₂Br₂ и S.
С углеродом бром непосредственно не соединяется, соединения получают косвенным путем; известны: СВг₄ и С₈Вг.
Бром непосредственно соединяется с фосфором. Реакция протекает энергично; фосфор воспламеняется в броме и сгорает, образуя бесцветную жидкость, разлагающуюся водой Д бромид фосфора (III) РВг₃. При действии избытка брома на РВг₃ образуется бромид фосфора (V) РВг₅.
Известно несколько неустойчивых химически активных соединений брома с галогенами, образующихся при непосредственном соединении элементов. Наиболее важными из них являются:
BrF₃ Д трехфтористый бром Д светло-желтая жидкость, с температурой плавления 8,8 °С, температурой кипения 127 °С;
BrF₅ Д пятифтористый бром Д бесцветная жидкость, с температурой плавления 62,7 °С, температурой кипения 40,5 °С, взаимодействующая с водой со взрывом;

BrCl Д хлорид брома;

IВг Д бромид иода и др. межгалоидные соединения.
Бром растворим в спирте, эфире, бензоле, хлороформе, сероуглероде, четыреххлористом углероде, четыреххлористом титане. Взаимодействие органических веществ с бромом сопровождается сильным разогревом, а в отдельных случаях самовоспламенением. При растворении в воде бром частично взаимодействует с ней, образуя бромистоводородную кислоту НВг и неустойчивую бромноватистую кислоту НВгО. Растворимость брома в воде 35 г/л при 20 °С, ниже б°С из водного раствора брома осаждаются кристаллогидраты Вг₂*8Н₂0. Растворимость воды в броме составляет около 0,05 %. Насыщенный водный раствор брома имеет желто-бурую окраску и называется бромной водой. При стоянии на свету из бромной воды выделяется кислород, а при нагревании Д бром. Бром Д сильный окислитель: он окисляет сульфиты и тиосульфаты в водных растворах до сульфатов, нитриты до нитратов, аммиак до свободного азота. Бром вытесняет иод из его соединений, но сам вытесняется из своих соединений хлором и фтором. Свободный бром выделяется из водных растворов бромидов также под действием сильных окислителей (К₂Сr₂О₇, KMnO₄ и др.) в кислой среде. При растворении брома в щелочах на холоду образуется бромид и гипобромит, а при повышении температуры (около 100 °С) Дбромид и бромат.
Области применения
Бром Д исходный продукт для получения ряда бромидов и органических производных (бромистого этила, дибромэтана и др.), которые служат антидетонаторами. Бромиды Na, К, NH₄ и некоторые броморганические соединения (бромурал, ксероформ и др.) применяются в медицине; бромид серебра AgBr используют для производства фотоматериалов. Другие соединения брома применяют для получения красителей, инсектицидов, в фото- и кинопромышленности, в качестве присадки к моторному топливу, В частности, фторид брома (III) BrF₃ применяют для фторирования неорганических соединений.