Brom ist neben Quecksilber das einzige bei Zimmertemperatur flüssige Element. Während Quecksilber zu den Metallen gehört, ist Brom ein Nichtmetall aus der Gruppe der Halogene.
Entdeckung
Das Element Brom wurde 1826 von Antoine-Jérôme Balard entdeckt, als er Meeresalgen und Salzlösungen aus den Salzfeldern in der Nähe des Mittelmeers untersuchte. Während seiner Experimente bemerkte er eine dunkelrote Flüssigkeit, die sich von der Salzlösung absonderte und im Gefäß nach unten sank. Im Gegensatz zu Justus Liebig, der zwei Jahre zuvor eine ähnliche Entdeckung gemacht hatte, erkannte Balard, dass es sich um ein neues Element handelte. Er nannte es "Brom", abgeleitet vom griechischen Wort "bromos", was "Gestank" bedeutet, da das Element einen starken und unangenehmen Geruch aufweist.
Brom war das dritte Halogen, das nach Chlor und Iod identifiziert wurde.
Vorkommen
Das sehr reaktive Halogen kommt als freies Element so gut wie nicht vor, wenn man von Spuren von Br2 in der Erdatmosphäre einmal absieht. In gebundener Form findet es sich dagegen in vielen Salzen, vor allem in den Bromiden (Br-) und Bromaten(BrO3-). Bromate sind die Salze der Bromsäure HBrO3.
Meerwasser enthält Bromid-Ionen, die Konzentration beträgt ca. 0,0065%. Das Tote Meer allerdings hat einen Bromidgehalt von bis zu 1,5%. Wenn man bedenkt, wie viel Wasser die Ozeane der Erde enthalten, sind das insgesamt riesige Brom-Reserven.
Salzlagerstätten enthalten ebenfalls Brom in Form von Bromiden wie NaBr und KBr. Letzten Endes ist auch dieses Bromid Meerwasser-Bromid, denn die Salzlagerstätten befinden sich in Gebieten, die früher von Meeren bedeckt waren.
Insgesamt ist Brom am Aufbau der Erdkruste ist Brom mit weniger als 0,001% beteiligt, Chlor kommt 250 mal häufiger in Salzlagern vor. Meerwasser enthält ca. 0,0065% Bromid, das Tote Meer allerdings hat einen Bromidgehalt von bis zu 1,5% [2].
Darstellung
im Labor
Im Labor wird Brom durch Reaktion von konz. Schwefelsäure und Braunstein (MnO2) mit Kaliumbromid (KBr) gewonnen. Aus Schwefelsäure und Kaliumbromid entsteht zunächst Bromwasserstoff HBr (analog zur Herstellung von Chlorwasserstoff aus konz. Schwefelsäure und Natriumchlorid), und dieser reagiert dann mit dem Braunstein nach folgender Gleichung:
$4 \ HBr + MnO_2 \to MnBr_2 + 2 \ H_2O + Br_2$
Industrielle Herstellung
In der Industrie wird Brom durch Oxidation von Bromidlösungen mit Chlor hergestellt - eine typische Redoxreaktion, an der Nichtmetalle beteiligt sind und die auch im Chemieunterricht eine wichtige Rolle spielt, wenn in der Oberstufe die Redoxpotenziale der Halogene erklärt werden:
$2 \ KBr + Cl_2 \to Br_2 + 2 \ KCl$
Das so gewonnene Brom wird meistens durch Destillation gereinigt, so erhält man hochreines Brom.
Physikalische Eigenschaften
Brom ist bei Zimmertemperatur eine tiefbraune, beißend und erstickend riechende Flüssigkeit. Die Dichte von flüssigem Brom liegt bei 3,12 g/cm2 und ist damit für eine Flüssigkeit recht hoch. Festes Brom zeichnet sich durch einen leicht metallischen Glanz aus. Der Schmelzpunkt von Brom liegt bei -7,2 ºC, der Siedepunkt bei 58,8 ºC. Brom hat außerdem einen hohen Dampfdruck, verdampft also sehr leicht. Das merkt man schnell, wenn mal aus Versehen ein Tropfen Brom auf die hoffentlich geflieste Arbeitsplatte fällt.
In Wasser ist Brom mäßig löslich (3,4 bis 3,55 g Brom in 100 ml Wasser bei Zimmertemperatur), es bildet sich dann Bromwasser, das beim Experimentieren in Schulen oft als Ersatz für reines Brom verwendet wird. In organischen Lösemitteln ist Brom aufgrund seiner völlig unpolaren Struktur dagegen sehr gut löslich. In organischen Lösemitteln wie Hexan ist Brom viel besser löslich.
Chemische Eigenschaften
Brom gehört zu den Halogenen und ist daher ein extrem reaktives Element - nicht ganz so reaktiv wie Chlor oder Fluor, aber immer noch so reaktiv, dass sein Einsatz im Chemieunterricht äußerst restriktiv geregelt ist. Es sind schon ganze Schulen evakuiert worden, weil dem Chemielehrer eine Flasche Brom hingefallen ist, denn Brom ist nicht nur sehr reaktiv, sondern auch sehr giftig.
Reaktion mit Metallen
Mit Metallen bildet Brom in meist exothermen Reaktionen Salze, nämlich die Bromide. Je edler das Metall ist, desto weniger exotherm verläuft die Reaktion. Die Umsetzung mit Alkalimetallen und Erdalkalimetallen findet bereits bei Zimmertemperatur statt, edlere Metalle wie Kupfer oder Silber muss man mehr oder weniger stark erhitzen, damit sie mit Brom reagieren. Feuchtes (wasserhaltiges) Brom reagiert mit Metallen wesentlich heftiger als reines Brom. Tantal und Platin sind die einzigen Metalle, die selbst mit feuchtem Brom nicht reagieren [2].
Einen schönen Schulversuch kann man mit Aluminiumfolie und Brom durchführen. Dazu füllt man etwas Brom in ein Reagenzglas (natürlich im Abzug). Ein kleines Stück Alu-Folie wird dann zusammengerollt und in das Reagenzglas gestellt. Zunächst passiert gar nichts. Wenn dann die Schüler und der Lehrer aber bereits die Geduld aufgegeben haben, kommt es zu einer heftigen Reaktion. Das Aluminium glüht auf, und dicke Rauchschwaden strömen aus dem Reagenzglas.
Standbild aus dem YouTube-Video "Aluminium reagiert mit Brom"
Autor: einfach nur Chemie
Reaktion mit Nichtmetallen
Mit Wasserstoff bildet Brom die starke Säure Bromwasserstoff HBr, deren wässrige Lösung als Bromwasserstoffsäure bekannt ist. Auch diese Reaktion läuft recht exotherm ab.
Auch mit Schwefel kann Brom reagieren, bei erhöhter Temperatur bildet sich dann Dischwefelbromid S2Br2.
Mit weißem Phosphor entstehen Phosphortribromid PBr3 und Phosphorpentabromid PBr5.
Verwendung
Brom wird vor allem in der organischen Chemie verwendet, um Substitutionen oder Additionen an Kohlenwasserstoffen oder anderen organischen Verbindungen durchzuführen. Diese Reaktionen spielen bei der Herstellung von Treibstoffzusätzen, Flammschutzmitteln, Pestiziden, Tränengas und so weiter eine wichtige Rolle.
In der letzten Zeit hat die Verbindung Hexabromcyclododecan Schlagzeilen gemacht, weil sie dem Kunststoff Styropor als Flammschutzmittel beigesetzt wird. Hexabromcyclododecan gilt jetzt aber als hochgiftig und schwer abbaubar, was die Preise für die Entsorgung von Styropor in die Höhe getrieben hat. Die Entsorgung von einer Tonne Styropor kostet jetzt teilweise über 9.000 Euro - und das alles wegen dem Brom in dem Flammschutzmittel.
Quellen: