溴

---

簡介

氟 (F)、氯 (Cl)、溴 (Br)、碘 (I) 和砈 (At) 是構成元素週期表鹵素族的五種元素。在希臘語中，“halos”意為海鹽，“genes”意為誕生。除放射性且僅以痕量存在的砈外，這些元素與金屬反應生成鹽，並且在自然界中含量豐富。由於這些元素的價電子層具有七個電子，因此 Br 的典型電子構型為 $\mathrm{[Ar]\:4s^2 \:4p^4}$。

溴的賦存和提取

溴是地殼中第 47 位最豐富的元素，重量百分比濃度為 2.5 ppm。它主要以溴化物的形式存在於海水中、礦泉水中和礦床中。它於 1826 年由 A J 巴拉丁發現，他使用氯氣提純從海水中結晶 NaCl 後留下的母液。由於其難聞的氣味，他將這種液體命名為溴（希臘語 bromos，臭味）。

$$\mathrm{Cl_2 + 2Br^−\:\rightarrow\:2Cl^− + Br_2}$$

一股氣流帶走釋放出的溴，然後將其透過 $\mathrm{Na_2CO_3}$ 溶液，生成 $\mathrm{NaBr}$ 和 $\mathrm{NaBrO_3}$ 的混合物。

$$\mathrm{3Br_2 + 3Na_2CO_3\:\rightarrow\:5NaBr + NaBrO_3 + 3CO_2}$$

為了獲得純溴，將溶液酸化並蒸餾。

$$\mathrm{5NaBr + NaBrO_3 + 3H_2SO_4\:\rightarrow\:3Na_2SO_4 + 5HBr + HBrO_3}$$

$$\mathrm{5HBr + HBrO_3 \:\rightarrow\:3Br_2 + 3H_2O}$$

溴的物理性質

可以使用下表比較溴和其他鹵素同類的物理性質

性質	F	Cl	Br	I
顏色（液體）	透明黃色	琥珀色黃色	紅棕色	深色固體
顏色（蒸汽）	淺黃色	淡綠色黃色	橙紅色	紫色
熔化焓 (kJ/mol)	0.51	6.41	10.57	15.52
汽化焓 (kJ/mol)	6.54	20.41	29.56	41.95
標準電極電位 (V)	+ 2.87	+ 1.36	+ 1.06	+ 0.53
鍵能 (kJ/mol)	158.8	242.6	192.8	151.1
密度 $\mathrm{(g/cm^{-3})}$	1.513	1.655	3.187	3.960
沸點 (K)	85	239	333	458
熔點 (K)	54	172	266	387
電負性	4.0	3.0	2.8	2.5
電子親和能 (kJ/mol)	333	349	325	296
電離能 (kJ/mol)	1681	1256	1143	1009
離子尺寸 (pm)	133	184	196	220
原子尺寸 (pm)	72	99	114	133

溴的化學性質

溴的反應活性低於氯，但高於碘，它與多種金屬、非金屬和化合物反應。溴水溶液用於氧化、漂白和消毒。以下是其氧化效能的一些例子

$$\mathrm{Na_2S_2O_3 + Br_2 + H_2O\:\rightarrow\:Na_2SO_4 + S + 2HBr}$$

$$\mathrm{Na_3AsO_3 + Br_2 + H_2O\:\rightarrow\:Na_3AsO_4 + 2HBr}$$

溴與冷 NaOH 溶液反應生成次溴酸鹽。當使用熱溶液時會生成溴酸鹽。

$$\mathrm{Br_2 + 2NaOH (冷)\:\rightarrow\:NaBr + NaOBr + H_2O}$$

$$\mathrm{3Br_2 + 6NaOH (熱)\:\rightarrow\: 5NaBr + NaBrO_3 + 3H_2O}$$

溴的化合物

溴化氫：它是透過使氫氣和溴氣的混合物透過電加熱的鉑螺旋製成的。金屬溴化物用濃 $\mathrm{H_2SO_4}$ 處理不會生成 HBr，因為生成的 HBr 會被濃 $\mathrm{H_2SO_4}$ 氧化成 $\mathrm{Br_2}$

溴的氧化物：溴形成的許多氧化物甚至在室溫以下就會分解。溴的一些重要氧化物是

• 一氧化二溴 $\mathrm{(Br_2O)}$：溴蒸汽在 323–343 K 下與乾燥的 HgO 反應生成它。

• 二氧化溴 $\mathrm{(BrO_2)}$：在低溫下臭氧化溴可製得二氧化溴

• 三氧化二溴 $\mathrm{(BrO_3)}$：它是在 -5 至 10 攝氏度的溫度下透過臭氧化溴製成的。

溴的含氧酸：次溴酸 (HOBr) 和溴酸 $\mathrm{(HBrO_3)}$ 是溴形成的兩種含氧酸。另一方面，亞溴酸鹽是亞溴酸鹽 $\mathrm{(HBrO_2)}$。用新沉澱的氧化汞或氧化銀處理溴水可生成次溴酸 $\mathrm{(HOBr)}$。

溴的用途

• 它被用作氧化劑，以及用於生產消毒劑和其他關鍵有機化合物，如四乙基鉛。

• 在攝影中，使用溴化銀。

• 作為實驗室試劑，使用 HBr。

• 溴的氧化物和含氧酸用作氧化劑。

結論

溴在元素週期表中的原子序數為 35。它具有特徵性氣味，在地殼中相當豐富。溴的獨特特性是它是在室溫和環境壓力下唯一以液態存在的非金屬。溴在日常生活中和工業中都有廣泛的用途。

常見問題解答

Q1. 溴的一些性質是什麼？

答：它是一種紅棕色的液體，沸點為 58.8°C，凝固點為 -7.3°C。它極易燃，產生刺激喉嚨和肺部的強烈煙霧。溴的反應活性低於氯，但高於碘，它與多種金屬、非金屬和化合物反應。

Q2. 您如何在實驗室中製備 HBr？

答：$\mathrm{HBr}$ 可以透過濃 $\mathrm{H_3PO_4}$ 與金屬溴化物反應制備。所涉及的化學反應為

$$\mathrm{3NaBr + H_3PO_4 \:\xrightarrow{\Delta}\:Na_3PO_4 + 3HBr}$$

Q3. $\mathrm{BrO_2}$ 如何與鹼反應？

答：它在 0°C 下分解，僅在 -40°C 下為黃色固體。當它溶解在鹼中時，會形成溴化物和溴酸鹽的混合物。

$$\mathrm{6BrO_2 + 6NaOH\:\rightarrow\:5NaBrO_3 + NaBr + 3H_2O}$$

Q4. 簡要說明一下一氧化二溴 $\mathrm{(Br_2O)}$。

(i) 溴蒸汽在 323–343 K 下與乾燥的 HgO 反應生成一氧化二溴。

$$\mathrm{2HgO + 2Br_2\:\rightarrow\:HgO.HgBr_2 + Br_2O}$$

(ii) 它是一種深棕色的液體，凝固點為 -17.5 攝氏度。在鹼存在下，它會發生歧化反應。

$$\mathrm{6NaOH + 6Br_2O\:\rightarrow\:5NaBrO_3 + NaBr + 3H_2O}$$

(iii) 它是 $\mathrm{HBrO}$ 的酸酐，因為它溶於水中會形成次溴酸。它充當氧化劑，將碘氧化成五氧化二碘。

$$\mathrm{5Br_2O + I_2\:\rightarrow\:I_2O_5 + 5Br_2}$$

Q5. 為什麼稀 HBr 溶液傾向於變成黃色？

答：由於 $\mathrm{HBr}$ 被氧化成 $\mathrm{Br_2}$，稀 HBr 水溶液反應性特別強，並會變成黃色。