Broom: Het element

Broom (Grieks bromos= stinkend) werd in 1826 ontdekt door Antoine-Jérôme Balard, maar werd voor het eerst industrieel geproduceerd rond 1860. Elementair broom wordt op grote schaal gebruikt voor het maken van broomhoudende verbindingen die in de industrie en landbouw worden toegepast. Vrije broom als element Br en als molecule Br2 komen niet voor in de natuur, maar als kleurloze oplosbare minerale halide zouten (bijvoorbeeld keukenzout). De hoge oplosbaarheid van bromide-ionen in water veroorzaken via de rivieren voor ophoping van deze zouten in de oceanen. Broom is voor de mens giftig. Reeds weinig kan bij inademing keelpijn, kortademigheid en duizeligheid veroorzaken, inslikken kan leiden tot buikkramp en de damp is bijtend voor de ogen.

Plaats van bromium in het periodiek systeem

Broom is een scheikundig element met symbool Br en atoomnummer 35. Het element behoort tot de groep van de halogenen. Als element vormt het di-atomische moleculen dibroom (Br2), een stof die op aarde niet in de natuur voorkomt. Het element komt voor in de vorm van gemakkelijk oplosbare kristallijne halide zouten(broom-halogeen zouten), vooral bromiden en bromaten. Door de gemakkelijke oplosbaarheid van bromide-ionen in water, worden deze tenslotte door de rivieren meegevoerd naar zee, waar een ophoping van deze zouten plaats vindt. Dit geldt voor alle halogeen zouten vandaar het zoute water van de oceanen.

Algemene eigenschappen van bromium

Chemische eigenschappen van bromium

Fysische eigenschappen van bromium

Isotopen van bromium

Broom heeft twee stabiele isotopen, 79Br (50,69%) en 81Br (49.31%). Er zijn circa 23 radio-isotopen. Veel broom isotopen zijn een splijtingsproduct van andere atomen. Vele van deze broom isotopen zijn vertraagd reagerende neutron emitters, een belangrijke eigenschap voor de controle van de snelheid van de kettingreactie in een nucleaire reactor. De radioactieve isotopen van broom hebben een korte halveringstijd.

De stabielste isotopen van bromium

Het voorkomen van Bromium

Van nature komt broom voor in bromiden, die in lage concentraties voorkomen in zeewater. Ook in zoutmijnen vindt men kaliumbromide en kaliumbromaat. Broom productie is het zesvoudige van de productie van 1960. Jaarlijks wordt meer dan 500.000 ton broom gewonnen. De belangrijkste producenten zijn de Verenigde Staten, China en Israël. Broom komt alleen voor als bromidezouten in de aardkorst. Door wegspoelen hebben bromidezouten geaccumuleerd in zeewater tot circa 65 delen per miljoen (ppm). Broom kan economisch worden gewonnen uit bromide-rijke pekelzand uit de Dode Zee. De broom concentratie bodem varieert tussen 5 en 40 (ppm), maar vulkanische grond kan tot 500 (ppm) bevatten. De concentratie broom in de atmosfeer is laag.

Zee-organismen zijn een belangrijke bron van organobroom-verbindingen (organische broomverbindingen). Meer dan 1500 verbindingen zijn geïdentificeerd. De meest voorkomende is methylbromide (CH3 Br) waarvan circa 50.000 ton per jaar geproduceerd wordt door zee-algen. Etherische olie van Hawaiiaanse algen bevat 80% Bromoform (tribroommethaan).

Opmerkelijke eigenschappen van bromium

Broom is het enige niet-metallische element dat vloeibaar is bij kamertemperatuur en atmosferische druk, en gemakkelijk verdampt. De roodbruine damp heeft een karakteristieke geur. Broom is zeer goed oplosbaar in water en koolstofdisulfide. Net als de andere halogenen reageert het met vele elementen.

Anorganisch

Anorganisch broom komt van nature in het milieu voor, maar de mens grote hoeveelheden broom aan het milieu toegevoegd. Via het voedsel en het drinkwater krijgen mensen anorganisch broom binnen, hetgeen zenuwstelsel en schildklier kan beschadigen. Net als andere halogenen, zijn bromide ionen kleurloos en goed oplosbaar in water.

Broom reageert heftig en explosief met aluminium metalen, vormen aluminiumbromide:

• 2 Al + 3 Br2 → 2 AlBr3

Broom reageert met waterstof in gasvorm en geeft waterstof bromide:

• H2 + Br2 → 2HBr

Broom reageert met alkalimetaaljodiden (verdringingsreactie). Deze reactie vormt alkalimetaal bromide en vormt het element jodium:

• 2 Nal + Br2 → 2 NaBr + I2
• 2 KI + Br2 → 2 KBr + I2

Toepassingen van bromium

• Broom werd gebruikt voor de fabricage van ethyleendibromide dat toegevoegd werd aan loodhoudende brandstof om het kloppen van de motor tegen te gaan. Vanwege de schadelijke effect hiervan op het milieu wordt het nauwelijks nog gebruikt.
• Broom wordt gebruikt in pesticiden (meestal als methylbromide), in verfstoffen, in parfums en in fotochemicaliën.
• Halonen zijn koolwaterstoffen die gehalogeneerd zijn. Ze worden onder druk tot een vloeistof verdicht. De bluswerking wordt gerealiseerd door de antikatalytische werking op het verbrandingsproces. Wanneer het gebromeerde materiaal brandt, produceert het broomwaterstofzuur (de eigenlijke vlamvertrager) dat interfereert met de oxidatiereactie (het vuur) en er vormen zich minder reactieve groepen broom waardoor de brand vertraagt.
• Een aantal gasvormige gebromeerde halomethaan verbindingen (halo duidt op halogeen verbindingen) zijn niet-toxisch en maken brandblusmiddelen die effectief zijn in gesloten ruimten zoals onderzeeboten, vliegtuigen en ruimtevaartuigen. Ze zijn duur en het gebruik ervan wordt beperkt door hun negatief effect op de ozonlaag. Ze worden niet gebruikt in de "huishoudelijke" brandblussers, maar in militaire brand-blusinstallatie, in vliegtuigen en in de ruimtevaart. De halomethaan verbindingen voor dit doel zijn: broomchloormethaan (Halon 1011, CH2BrCl), broomchloordifluormethaan (Halon 1211, CBrClF2), en broomtrifluormethaan (Halon 1301, CBrF3).
• Om gebromeerde polymeren en kunststoffen te maken, worden broomhoudende verbindingen toegevoegd aan het polymeer. Bijvoorbeeld vinylbromide bij de productie van polyethyleen(PE), polyvinylchloride(PVC) of polypropyleen(PP). Tetrabroombisfenol A wordt toegevoegd aan polyesters en epoxyharsen, waar het deel van het polymeer wordt.
• De bromiden van calcium, natrium en zink nemen een aanzienlijk deel van de broom markt. Deze zouten vormen oplossingen in water, soms pekel vloeistof genoemd.
• Broom wordt gebruikt in de productie van gebromeerde plantaardige olie, die wordt gebruikt als emulgator in citrus gearomatiseerde frisdranken. In de jaren ‘40 –‘70 werd het intensief gebruikt, tot in Verenigd Koninkrijk en in de Verenigde Staten het gebruik ervan werd beperkt en alternatieve emulgatoren zijn ontwikkeld.
• Broomverbindingen voor waterzuivering, ontsmettingsmiddelen en insecticiden, zoals tralomethrin (C22H19Br4NO3).
• Kalium bromide wordt gebruikt in sommige fotografische ontwikkelaars om de vorming van "mist" te remmen.
• Scandium bromide ScBr3, in water oplosbare chemische verbinding. ScBr3 wordt geproduceerd door verbranden van scandium in broom gas volgens: 2 Sc (s) + 3 Br2 (g) → 2 ScBr3 (s). Scandium bromide wordt gebruikt in “solid state synthese” van clusters als Sc19Br28Z4, (Z = Mn, Fe, Os of Ru) van belang door hun structuur en magnetische eigenschappen.
• Broom wordt gebruikt om de verontreiniging met kwik te verminderen van kolengestookte centrales. Dit wordt gerealiseerd door de behandeling van geactiveerde koolstof met broom of door injectie van broomverbindingen op de steenkool vóór de verbranding.
• Waterige broom wordt toegepast om mengsels te testen op aanwezigheid van alkenen (koolwaterstoffen CnH2n). De waterige broom wordt geschud met de onbekende stof die ontkleurd als er alkenen aanwezig zijn.
• Een beroemd voorbeeld van een broom bevattende organische verbinding die is gebruikt door de mens sinds de oudheid is de kleurstof “Tyrische purple”. Deze broomhoudende indigo kleurstof wordt geproduceerd door een zeeslak.
• Broom is gunstig voor weefsel ontwikkeling. Daarnaast wordt bij voorkeur broom gebruikt boven chloorderivaten een antiparasitaire enzym in het menselijk immuunsysteem. Organische bromiden zijn nodig en enzymatisch geproduceerd uit bromide door vooral algen.

Invloed van Bromium op milieu en volksgezondheid

• De mens is in de 20e eeuw begonnen organisch broom in het milieu te brengen, niet in de laatste plaats door gebruik van organisch broom als insecticiden, die niet alleen giftig voor insecten zijn maar ook voor dier en mens, die het gif via de huid, voedsel en ademhaling binnen krijgen.
• Wanneer organisch broom in land en tuinbouw wordt toegepast, spoelt het weg naar grond en oppervlaktewater, waar het de gezondheid van vis, kreeft en waterplant schaadt en via de voedselketen ook de mens bereikt.
• De belangrijkste gezondheidsproblemen door organisch broom veroorzaakt is het beschadigen van het zenuwstelsel, brengt schade toe aan organen als de lever, nieren, longen, milt en maag en darmen. Sommige vormen van organisch broom, zoals ethyleenbroom, kunnen tot kanker leiden.
• Organisch broom is nauwelijks afbreekbaar, wordt het afgebroken ontstaat de eveneens schadelijke anorganisch broom, die de mens via voedsel en drinkwater binnen krijgt en het zenuwstelsel en de schildklier beschadigt.
• Bij hoge temperaturen, worden organobroom-verbindingen omgezet in broom-atomen. Dit effect maakt organobroom- verbindingen nuttig als brandvertragers, echter door die eigenschap wordt door zonlicht organobroom omgezet in broomatomen in de atmosfeer, die de ozonlaag aantasten. Organobromide verbindingen zijn als pesticide afgeschaft.
• Broom als oxiderende stof mag niet in contact komen van de meeste organische en anorganische verbindingen. Transport moet plaats vinden in met lood beklede stalen tanks opgesloten in een stalen frame.

Bromisme

Bromide verbindingen, zoals kaliumbromide, werden vroeger gebruikt als kalmeringsmiddel. Bromide in de vorm van zouten werden en worden nog toegepast als anti-epileptica in mens- en diergeneeskunde. Gebruik van bromide zout leidt tot bromisme.(chronische vergiftiging gepaard gaande met acne-achtige huid, bronchitis, neurologische afwijkingen en hallucineren).