Соединения брома

Получение

В промышленности

В промышленности получают из нефтяных и природных газов, где он составляет до 10 % по объему. В России содержание этана в нефтяных газах очень низкое. В США и Канаде (где его содержание в нефтяных и природных газах высоко) служит основным сырьем для получения этилена.

В лабораторных условиях

Получают из иодметана по реакции Вюрца, из ацетата натрияэлектролизом по реакции Кольбе, сплавлением пропионата натрия с щелочью, из этилбромида по реакции Гриньяра, гидрированием этилена (над Pd) или ацетилена (в присутствии Никель Ренея).

Интересные факты

Интересно, что на поверхности Титана (спутник Сатурна) в условиях низких температур (−180 °C) существуют целые озёра и реки из жидкой метано-этановой смеси.

Свойства

Физические

Этан при н. у. — бесцветный газ, без запаха и вкуса. Молярная масса — 30,07. Температура плавления −182,81 °C, кипения −88,63 °C^[2]. Плотность ρ_газ.=0,001342 г/см³ или 1,342 кг/м³ (н. у.), ρ_жидк.=0,561 г/см³ (T=-100 °C). Давление паров при 0 °С — 2,379 МПа^[3].

Химические

Химическая формула C₂H₆ (рациональная CН₃СН₃). Наиболее характерны реакции замещения водорода галогенами, проходящие по свободно радикальному механизму.

Термическое дегидрирование этана при 550—650 °С приводит к этилену, при температурах свыше 800 °С — к ацетилену (образуются также бензол и сажа). Прямое хлорирование при 300—450 °С — к этилхлориду, нитрование в газовой фазе дает смесь (3:1) нитроэтана и нитрометана.

Физиологическое действие

Обладает слабым наркотическим действием (ослаблено за счет низкой растворимости в жидкостях организма).

Бромоводород (НBr)

Способы получения бромоводорода

• из бромидов вытеснением НВr из его соли ортофосфорной кислотой:

КВг + H₃PO₄ = НВr↑ + КН₂PO₄

• гидролизом галогенидов неметаллов:

РВr₃ + ЗН₂O = H₃PO₃ + ЗНВr↑

• восстановлением свободных галогенов в водных растворах

4Br₂ + BaS + 4Н₂O = 8HBr↑ + BaSO₄

Br₂ + SO₂ + 2Н₂O = 2НВr↑ + H₂SO₄

Химические свойства бромоводорода

НВr по физическим и химическим свойствам сходен с HCl, однако молекула НВr менее устойчива, чем HCl.

Восстановительные свойства галогеноводородов усиливаются в ряду HF – HCl – HBr – HI.

• Бромоводород – сильный восстановитель и взаимодействует с окислителями — соединениями марганца, хрома (VI), концентрированной серной кислотой и др:

2HBr + H₂SO_4(конц.) → Br₂ + SO₂ + 2H₂O

14HBr + K₂Cr₂O₇ → 2KBr + 2CrBr₃ + 3Br₂ + 7H₂O

 4HBr + MnO₂ → MnBr₂ + Br₂ + 2H₂O

2HBr + H₂O₂ → Br₂ + 2H₂O

• Качественная реакция на бромид-ионы – взаимодействие с растворимыми солями серебра. При этом образуется осадок бромида серебра – бледно-желтого цвета:

HBr + AgNO₃ = AgBr↓ + HNO₃

Кислородные кислоты и окислы брома

Строение

Параметры молекулы этанаКонформеры этана

Молекула этана имеет тетраэдрическое строение: атомы углерода являются sp³-гибридными. Связь C–C образована перекрыванием sp³-гибридных орбиталей, а связь C–H — перекрыванием sp³-гибридной орбитали углерода и s-орбитали водорода. Длина связи C–C равна 1,54 Å, а длина связи C–H равна 1,095 Å^[5].

Поскольку С–С-связь в этане одинарная, вокруг неё возможно свободное вращение метильных групп. При вращении возникают различные пространственные формы молекулы этана, которые называются конформациями. Конформации принято изображать в виде перспективного изображения (такие изображения иногда называют «лесопильными козлами») либо в виде проекций Ньюмена^[5].

Число конформаций для этана бесконечно, однако принято рассматривать две крайние конформации:

• заслонённую, в которой атомы водорода максимально сближены в пространстве;
• и заторможенную, в которой атомы водорода максимально удалены^[5].

Заслонённая конформация имеет наибольшую энергию из всех конформаций, а заторможенная — наименьшую, то есть является наиболее энергетически выгодной и, следовательно, более устойчивой. Разница энергии между этими конформациями равна 2,9 ккал/моль. Считается, что это число отражает торсионное напряжение в менее выгодной заслонённой конформации. Если разделить эту энергию на три взаимодействия между парами атомов водорода, то энергия торсионного взаимодействия двух атомов водорода составит примерно 1 ккал/моль^[5].

По значению 2,9 ккал/моль из уравнения Гиббса можно вычислить константу равновесия между двумя конформациями этана. При температуре 25 °С значительно преобладает заторможенная конформация: 99 % молекул этана находятся в этой конформации и лишь 1 % — в заслонённой^[5].

Энергии крайних и промежуточных конформаций принято представлять в виде циклических графиков, где по оси абсцисс отложен торсионный угол, а по оси ординат — энергия.