- Fysische en chemische eigenschappen
- Toepassingen
- Alkalische aardeverbindingen
- Reductiemiddel
- Belousov-Zhabotinski-reactie
- Referenties
Het broomzuur is een anorganische verbinding met formule HBrO2. Dit zuur is een van de oxzuurbroomzuren waar het wordt aangetroffen in een oxidatietoestand van 3+. De zouten van deze verbinding staan bekend als bromieten. Het is een onstabiele verbinding die niet in het laboratorium kon worden geïsoleerd.
Deze instabiliteit, analoog aan jodiumzuur, is het gevolg van een dismutatiereactie (of disproportionering) om hypobroomzuur en broomzuur als volgt te vormen: 2HBrO 2 → HBrO + HBrO 3.
Figuur 1: Structuur van broomzuur.
Broomzuur kan als tussenproduct fungeren bij verschillende reacties bij de oxidatie van hypobromieten (Ropp, 2013). Het kan worden verkregen door chemische of elektrochemische middelen waarbij het hypobromiet wordt geoxideerd tot het bromietion, zoals:
HBrO + HClO → HBrO 2 + HCl
HBrO + H 2 O + 2e - → HBrO 2 + H 2
Fysische en chemische eigenschappen
Zoals hierboven vermeld, is broomzuur een onstabiele verbinding die niet is geïsoleerd, dus de fysische en chemische eigenschappen worden, op enkele uitzonderingen na, theoretisch verkregen door middel van computationele berekeningen (National Center for Biotechnology Information, 2017).
De verbinding heeft een molecuulgewicht van 112,91 g / mol, een smeltpunt van 207,30 graden Celsius en een kookpunt van 522,29 graden Celsius. De oplosbaarheid in water wordt geschat op 1 x 106 mg / L (Royal Society of Chemistry, 2015).
Er is geen geregistreerd risico bij het hanteren van deze verbinding, maar er is vastgesteld dat het een zwak zuur is.
De kinetiek van de broom (III) disproportioneringsreactie, 2Br (III) → Br (1) + Br (V), werd bestudeerd in fosfaatbuffer, in het pH-bereik van 5,9-8,0, waarbij de optische absorptie bij 294 nm met gestopte stroom.
De afhankelijkheden van en waren respectievelijk van de orde 1 en 2, waar geen afhankelijkheid van was. De reactie werd ook bestudeerd in acetaatbuffer, in het pH-bereik 3,9-5,6.
Binnen de experimentele fout werd geen bewijs gevonden voor een directe reactie tussen twee BrO2-ionen. Deze studie levert snelheidsconstanten 39,1 ± 2,6 M -1 voor de reactie:
HBrO 2 + BrO 2 → HOBr + Br0 3 -
Snelheidsconstanten van 800 ± 100 M -1 voor de reactie:
2HBr0 2 → HOBr + Br0 3 - + H +
En een evenwichtsquotiënt van 3,7 ± 0,9 X 10-4 voor de reactie:
HBr02 ⇌ H + + BrO 2 -
Het verkrijgen van een experimentele pKa van 3,43 bij een ionsterkte van 0,06 M en 25,0 ° C (RB Faria, 1994).
Toepassingen
Alkalische aardeverbindingen
Broomzuur of natriumbromiet wordt gebruikt om berylliumbromiet te produceren op basis van de reactie:
Wees (OH) 2 + HBrO 2 → Wees (OH) BrO 2 + H 2 O
Bromieten zijn geel van kleur in vaste toestand of in waterige oplossingen. Deze verbinding wordt industrieel gebruikt als oxidatieve ontkalker van zetmeel bij de verfijning van textiel (Egon Wiberg, 2001).
Reductiemiddel
Broomzuur of bromieten kunnen op de volgende manier worden gebruikt om het permanganaation tot manganaat te reduceren:
2MnO 4 - + BrO 2 - + 2OH - → BrO 3 - + 2MnO 4 2- + H 2 O
Wat is handig voor de bereiding van mangaan (IV) -oplossingen.
Belousov-Zhabotinski-reactie
Broomzuur fungeert als een belangrijk tussenproduct in de Belousov-Zhabotinski-reactie (Stanley, 2000), wat een buitengewoon visueel opvallende demonstratie is.
In deze reactie worden drie oplossingen gemengd om een groene kleur te vormen, die blauw, paars en rood wordt, en dan groen wordt en zich herhaalt.
De drie oplossingen die worden gemengd zijn: een 0,23 M KBrO 3- oplossing, een 0,31 M malonzuuroplossing met 0,059 M KBr en een 0,019 M cerium (IV) ammoniumnitraatoplossing en H 2 SO 4 2,7 miljoen.
Tijdens de presentatie wordt een kleine hoeveelheid van de indicatorferroïne in de oplossing gebracht. In plaats van cerium kunnen mangaanionen worden gebruikt. De algemene reactie BZ is de door cerium gekatalyseerde oxidatie van malonzuur, door bromaationen in verdund zwavelzuur, zoals weergegeven in de volgende vergelijking:
3CH 2 (CO 2 H) 2 + 4 BrO 3 - → 4 Br - + 9 CO 2 + 6 H 2 O (1)
Het mechanisme van deze reactie omvat twee processen. Proces A omvat ionen en overdrachten van twee elektronen, terwijl proces B radicalen en overdrachten van één elektron omvat.
De bromide-ionenconcentratie bepaalt welk proces dominant is. Proces A is dominant wanneer de bromide-ionenconcentratie hoog is, terwijl proces B dominant is wanneer de bromide-ionenconcentratie laag is.
Proces A is de reductie van bromaationen door bromide-ionen in twee elektronenoverdrachten. Het kan worden weergegeven door deze netto-reactie:
BrO 3 - + 5Br - + 6H + → 3Br 2 + 3H 2 O (2)
Dit gebeurt wanneer oplossingen A en B worden gemengd. Dit proces verloopt via de volgende drie stappen:
BrO 3 - + Br - +2 H + → HBrO 2 + HOBr (3)
HBrO 2 + Br - + H + → 2 HOBr (4)
HOBr + Br - + H + → Br 2 + H 2 O (5)
Het broom dat ontstaat uit reactie 5 reageert met malonzuur terwijl het langzaam enoliseert, zoals weergegeven door de volgende vergelijking:
Br 2 + CH 2 (CO 2 H) 2 → Br CH (CO 2 H) 2 + Br - + H (6)
Deze reacties werken om de concentratie van bromide-ionen in de oplossing te verminderen. Hierdoor kan proces B dominant worden. De algemene reactie van proces B wordt weergegeven door de volgende vergelijking:
2BrO3 - + 12H + + 10 Ce 3+ → Br 2 + 10Ce 4+ · 6H 2 O (7)
En het bestaat uit de volgende stappen:
BrO 3 - + HBrO 2 + H + → 2 BrO 2 • + H 2 O (8)
BrO 2 • + Ce 3+ + H + → HBrO 2 + Ce 4+ (9)
2 HBrO 2 → HOBr + BrO 3 - + H + (10)
2 HOBr → HBrO 2 + Br - + H + (11)
HOBr + Br - + H + → Br 2 + H 2 O (12)
De belangrijkste elementen van deze reeks zijn het nettoresultaat van vergelijking 8 plus tweemaal vergelijking 9, hieronder weergegeven:
2Ce 3+ + BrO 3 - + HBrO 2 + 3H + → 2Ce 4+ + H 2 O + 2HBrO 2 (13)
Deze sequentie produceert autokatalytisch broomzuur. Autokatalyse is een essentieel kenmerk van deze reactie, maar het gaat niet door totdat de reagentia op zijn, omdat er een tweede orde vernietiging van HBrO2 plaatsvindt, zoals te zien is in reactie 10.
Reacties 11 en 12 vertegenwoordigen de disproportionering van hyperbroomzuur tot broomzuur en Br2. Cerium (IV) -ionen en broom oxideren malonzuur om bromide-ionen te vormen. Dit veroorzaakt een verhoging van de concentratie van bromide-ionen, waardoor proces A opnieuw wordt geactiveerd.
De kleuren in deze reactie worden voornamelijk gevormd door de oxidatie en reductie van ijzer-ceriumcomplexen.
Ferroin levert twee van de kleuren die in deze reactie worden gezien: naarmate het toeneemt, oxideert het het ijzer in ferroïne van rood ijzer (II) tot blauw ijzer (III). Cerium (III) is kleurloos en cerium (IV) is geel. De combinatie van cerium (IV) en ijzer (III) maakt de kleur groen.
Onder de juiste omstandigheden herhaalt deze cyclus zich meerdere keren. De reinheid van glaswerk is een punt van zorg omdat de oscillaties worden onderbroken door verontreiniging met chloride-ionen (Horst Dieter Foersterling, 1993).
Referenties
- broomzuur. (2007, 28 oktober). Opgehaald van ChEBI: ebi.ac.uk.
- Egon Wiberg, NW (2001). Anorganische scheikunde. london-san diego: academische pers.
- Horst Dieter Foersterling, MV (1993). Broomzuur / cerium (4+): reactie en HBrO2 disproportionering gemeten in zwavelzuuroplossing bij verschillende zuren. Phys. Chem 97 (30), 7932-7938.
- joodig zuur. (2013-2016). Opgehaald van molbase.com.
- Nationaal centrum voor informatie over biotechnologie. (2017, 4 maart). PubChem samengestelde database; CID = 165616.
- B. Faria, IR (1994). Kinetiek van disproportionering en pKa van broomzuur. J. Phys. Chem. 98 (4), 1363-1367.
- Ropp, RC (2013). Encyclopedie van de alkaline-aardeverbindingen. Oxford: Elvesier.
- Royal Society of Chemistry. (2015). Broomzuur. Opgehaald van chemspider.com.
- Stanley, AA (2000, 4 december). Advanced Anorganic Chemistry Demonstration Summary oscillerende reactie.