Konfiguracje elektronowe skrócone podpowłokowe, zawierające rdzeń gazu szlachetnego dla atomu sodu i atomu bromu, występujących w stanie podstawowym, są następujące:

• ${}_{11}\text{Na}: \left[\text{Ne}\right]3s^1$;

• ${}_{35}\text{Br}: \left[\text{Ar}\right]4s^{2}3d^{10}4p^5$.

Co się dzieje z atomami, gdy sód i brom reagują ze sobą?

Atom sodu oddaje elektron i powstaje kation ${\text{Na}}^{+}$, o konfiguracji elektronowej identycznej jak atom neonu. Kation ma mniejszy promień niż atom, z którego powstał.

RuBBxyrLSILOL

Ilustracja przedstawiająca proces powstania kationu sodu z atomu sodu. Po lewej stronie znajduje się duża fioletowa kulka o promieniu r jeden, która to reprezentuje atom sodu posiadający w swej strukturze jedenaście protonów i jedenaście elektronów. Od fioletowej kulki poprowadzono łukowatą strzałką opisaną ${\text{e}}^{-}$, co oznacza odejście jednego elektronu. Strzałka w prawo, za strzałką znajduje się mała, fioletowa kulka o promieniu r dwa mniejszym od r jeden, która to symbolizuje kation sodu ${\text{Na}}^{+}$ posiadający w swej strukturze jedenaście protonów i dziesięć elektronów.

Atom bromu przechwytuje elektron i powstaje anion ${\text{Br}}^{-}$, o konfiguracji elektronowej identycznej jak atom kryptonu. Anion ma większy promień niż atom, z którego powstał.

R106NjwH9qfT6

Ilustracja przedstawiająca proces powstania anionu bromu z atomu bromu. Po lewej stronie znajduje się mała, bordowa kulka o promieniu r jeden, która to reprezentuje atom bromu posiadający w swej strukturze trzydzieści pięć protonów i trzydzieści pięć elektronów. Do bordowej kulki poprowadzono łukowatą strzałką opisaną ${\text{e}}^{-}$, co reprezentuje przyłączenie jednego elektronu. Strzałka w prawo, za strzałką znajduje się większa, bordowa kulka o promieniu r dwa, większym od r jeden, która to symbolizuje anion bromkowy ${\text{Br}}^{-}$ posiadający w swej strukturze trzydzieści pięć protonów i trzydzieści sześć elektronów.

Kation sodu i anion bromkowy oddziałują na siebie siłami elektrostatycznymi – tworzy się wiązanie jonowewiązanie jonowewiązanie jonowe. Elektroujemność sodu i bromu wg skali Paulinga wynosi odpowiednio $\mathrm{0,9}$ i $\mathrm{2,8}$. Różnica elektroujemności równa się zatem $\mathrm{1,9}$.

1. Tworzenie się kationu sodu:

2. Powstawanie anionu bromkowego:

Reakcja sumaryczna:

R1JfDY67Y5nhv

Ilustracja przedstawia wzór cząsteczki bromku sodu $\text{NaBr}$. Składa się on z kationu sodowego ${\text{Na}}^{+}$ oraz anionu bromkowego przedstawionego jako symbol B r otoczony czterema wolnymi parami elektronowymi, z których każda reprezentowana jest przez dwie kropki. Całość znajduje się w nawiasie kwadratowym, względem którego w indeksie górnym znajduje się znak minus.

W analogiczny sposób zachodzi reakcja bromu z innymi metalami grupy $1.$, np. litu czy potasu.

Poniżej znajduje sie galeria slajdów.

RnUrzcraeG2T3

Ilustracja przedstawiająca schematycznie atom sodu oraz bromu. Po lewej stronie znajduje się atom sodu reprezentowany przez dużą fioletową kulkę. Posiada on w swej strukturze jedenaście protonów i jedenaście elektronów. Po prawej stronie znajduje się atom bromu reprezentowany przez kulkę bordową. Posiada on w swej strukturze trzydzieści pięć protonów i trzydzieści pięć elektronów.

R1CfBgNJdnf8b

Ilustracja przedstawia kryształ jonowy bromku sodu, w którym atomy sodu (reprezentowane przez fioletowe kulki) i atomy bromu (przez bordowe kulki) są ułożone naprzemiennie i tworzą sześcian.

R46a5gt3xSXb3

Zdjęcie przedstawia bromem sodu. Biały proszek znajduje się na szkiełku zegarkowym.

Konfiguracje elektronowe skrócone podpowłokowe, zawierające rdzeń gazu szlachetnego dla atomu wapnia i atomu bromu, występujących w stanie podstawowym, są następujące:

• ${}_{20}\text{Ca}: \left[\text{Ar}\right]4s^2$;

• ${}_{35}\text{Br}: \left[\text{Ar}\right]4s^{2}3d^{10}4p^5$.

Podobnie jak w przypadku litowców, wapń, jak również inne pierwiastki z grupy $2.$ (z wyjątkiem berylu) tworzą z bromem związki o budowie jonowej. W związku z tym dochodzi do oddania przez atom wapnia dwóch elektronów i powstania kationu ${\text{Ca}}^{2+}$, o konfiguracji elektronowej identycznej jak atom argonu. Podobnie jak w przypadku sodu, powstały kation ma mniejszy promień niż atom, z którego powstał.

RBsXGVcySgDcb

Ilustracja przedstawiająca proces powstania kationu wapnia z atomu wapnia. Po lewej stronie znajduje się duża zielona kulka o promieniu r jeden, która to reprezentuje atom wapnia posiadający w swej strukturze dwadzieścia protonów i dwadzieścia elektronów. Od zielonej kulki poprowadzono łukowatą strzałką opisaną $2 {\text{e}}^{-}$, co oznacza odejście dwóch elektronów. Strzałka w prawo, za strzałką znajduje się mała zielona kulka o promieniu r dwa mniejszym od r jeden, która to symbolizuje kation wapnia ${\text{Ca}}^{2+}$ posiadający w swej strukturze dwadzieścia protonów i osiemnaście elektronów.

Kation wapnia i aniony bromkowe oddziałują na siebie siłami elektrostatycznymi i tworzą się wiązania jonowe. Elektroujemność wapnia wg skali Paulinga wynosi odpowiednio $\mathrm{1,0}$, zatem różnica elektroujemności między atomem wapnia i bromu równa się $\mathrm{1,8}$.

1. Tworzenie się kationu wapnia:

2. Powstawanie anionu bromkowego:

Reakcja sumaryczna:

R1P8D4ao58Awi

Ilustracja przedstawia wzór strukturalny ${\text{CaBr}}_2$. W centralnej części znajduje się kation wapnia ${\text{Ca}}^{2+}$, który otaczają z prawej i z lewej strony aniony bromkowe przedstawione jako symbol bromu B r, wokół którego zaznaczono cztery wolne pary elektronowe w postaci dwóch kropek każdą. Całość znajduje się w nawiasie kwadratowym, względem którego znajduje się znak minus.

Brom bezpośrednio reaguje z glinem, tworząc bromek glinu.

W efekcie, w reakcji powstają między atomami wiązania kowalencyjne spolaryzowane. Według skali Paulinga różnica elektroujemności wynosi:

Oznacza to, że każdy z atomów, wchodzących w skład cząsteczki bromku glinu, oddaje po jednym elektronie walenycjnym w celu utworzenia wiążącej pary elektronowej. Bromek glinu jest zatem przykładem soli, w której wiązanie nie jest typowo jonowe, jak to ma miejsce zazwyczaj, a jego charakter jest raczej kowalencyjny.

R1NHAbggEJAYF

Ilustracja przedstawiająca schemat tworzenia bromku glinu. U góry po lewej stronie przedstawiono atom glinu A l z trzema elektronami w postaci bordowych kulek, a po prawej atom bromu z siedmioma elektronami (zaznaczonymi na niebiesko), w tym jednym niesparowanym, pozostałe tworzą trzy wolne pary elektronowe. Na dole pośrodku znajduje się model cząsteczki ${\text{AlBr}}_3$. Atom glinu uwspólnia elektrony z trzema atomami bromu, tworząc wiązanie. Zatem wokół glinu znajdują się trzy atomy bromu. Wiązanie pomiędzy atomem glinu a każdym z trzech atomów bromu symbolizują jedna bordowa i jedna niebieska kulka tworzące wiążącą parę elektronową. Na każdym z trzech atomów bromu zaznaczono ponadto po trzy wolne pary elektronowe w postaci dwóch niebieskich kulek każda para.

Bromek glinu zazwyczaj występuje w postaci dimeru ${\text{Al}}_2{\text{Br}}_6$ – w stanie stałym, ciekłym, gazowym oraz w rozpuszczalnikach słabo solwatujących (np. ${\text{CS}}_2$). Wówczas reakcję syntezy bromku glinu powinno się zapisywać następująco:

Rozpad dimeru na dwie cząsteczki monomeru następuje w wysokich temperaturach.

R18Yu92jUsSoG

Ilustracja przedstawia strukturę ${\text{Al}}_2{\text{Br}}_6$. Dwa atomy bromu, każdy z zaznaczonymi trzema wolnymi parami elektronowymi w postaci trzech kresek łączy się z jednym atomem glinu. Atom ten łączy się z dwoma kolejnymi atomami bromu - z jednym za pomocą wiązania kowalencyjnego, a z drugim za pomocą wiązania koordynacyjnego, co symbolizuje strzałka poprowadzona od atomu bromu do atomu glinu. Oba atomy posiadają zaznaczone po dwie wolne pary elektronowe i łączą się z drugim atomem glinu. Pierwszy atom bromu połączony z pierwszym atomem glinu za pomocą wiązania kowalencyjnego łączy się z drugim za pomocą wiązania koordynacyjnego (strzałka poprowadzona od atomu bromu do drugiego atomu glinu. Drugi atom bromu łączący oba atomy glinu wiąże się z pierwszym atomem glinu wiązaniem koordynacyjnym, a z drugim wiązaniem kowalencyjnym. Drugi atom glinu podstawiony jest również dwoma kolejnymi atomami bromu, z których każdy ma zaznaczone trzy wolne pary elektronowe.

RLGnA0fflPKoV

Ilustracja przedstawia model kulkowo‑pręcikowy dimeru bromku glinu. Dwa atomy bromu, w postaci bordowych kulek, są przyłączone do jednego atomu glinu (różowa kulka). Atomy te znajdują się w jednej płaszczyźnie. Wspomniany atom glinu łączy się z dwoma kolejnymi atomami bromu, pierwszy z nich znajduje się nad płaszczyzną, w której znajdują się pozostałe trzy omówione atomy, a drugi pod tą płaszczyzną. Te dwa atomy bromu są również przyłączone do drugiego atomu glinu znajdującego się w opisanej już płaszczyźnie i związanego z dwoma kolejnymi atomami bromu także zorientowanymi w tej płaszczyźnie. Zatem dwa atomy glinu i łączące je atomy bromu tworzą czteroczłonowy pierścień.

Powstawanie dimeru bromku glinu jest uwarunkowane obecnością niezapełnionego orbitalu $p$ na atomie glinu w cząsteczce ${\text{AlBr}}_3$. W trakcie powstawania dimeru atom glinu jednej z cząsteczek, zawierających dimer, tworzy wiązanie koordynacyjne z atomem bromu drugiej cząsteczki. Dzięki temu atom glinu zapełnia pusty orbital i osiąga korzystną energetycznie konfigurację gazu szlachetnego.

RLvDPKbonfLJ1

Ilustracja przedstawia konfigurację elektronową glinu w bromku glinu i analogicznie dla jego dimeru. W przypadku ${\text{AlBr}}_3$ na orbitalu 3 s znajdują się dwa elektrony, a na orbitalu p cztery sparowane. Zatem zapis klatkowy jest następujący: konfiguracja w ${\text{AlBr}}_3$ dla ${}_{27}\text{Al}$ $\left[\text{Ne}\right]$ W pierwszej klatce dla 3 s znajdują się dwie pionowe strzałki, pierwsza skierowana do góry i druga do dołu. Dla 3 p przedstawiono trzy klatki, z których w dwóch pierwszych rozmieszczono po dwie strzałki (każdorazowo pierwsza z nich skierowana w górę, a druga w dół), zaś trzecia klatka pozostaje pusta. Dla ${\text{Al}}_2{\text{Br}}_6$ na orbitalu p znajduje się sześć elektronów, więc orbital jest całkowicie zapełniony. W tym przypadku zapis klatkowy różni się tym, iż ostatnia klatka zawiera również parę elektronową (dwie strzałki, pierwszą skierowaną do góry, a drugą do dołu), czyli orbital 3 p jest całkowicie zapełniony.

Konfiguracje elektronowe skrócone podpowłokowe, zawierające rdzeń gazu szlachetnego dla atomu żelaza i atomu bromu, występujących w stanie podstawowym, są następujące:

• ${}_{26}\text{Fe}: \left[\text{Ar}\right]4s^{2}3d^{10}$;

• ${}_{35}\text{Br}: \left[\text{Ar}\right]4s^{2}3d^{10}4p^5$.

Według skali Paulinga różnica elektroujemności wynosi:

Równanie reakcji:

Model cząsteczki bromku żelaza($\text{III}$):

R1L6IgFUm8e25

Ilustracja przedstawia model kulkowo‑pręcikowy cząsteczki bromku żelaza(<mah aria‑label="trzy">III). Atom żelaza reprezentowany przez pomarańczową kulkę łączy się z trzema atomami bromu symbolizowanymi przez bordowe kulki. Wszystkie kulki leżą w jednej płaszczyźnie, a cząsteczka jest płaska.

R1C5v4BNkZq4b

Zdjęcie przedstawia bromek żelaza(<math aria‑label="trzy">III). Czarny proszek znajduje się na szkiełku zegarkowym.

Konfiguracje elektronowe skrócone podpowłokowe, zawierające rdzeń gazu szlachetnego dla atomu miedzi i atomu bromu, występujących w stanie podstawowym, są następujące:

• ${}_{29}\text{Cu}: \left[\text{Ar}\right]4s^{1}3d^{10}$;

• ${}_{35}\text{Br}: \left[\text{Ar}\right]4s^{2}3d^{10}4p^5$.

Według skali Paulinga różnica elektroujemności wynosi:

Równanie reakcji:

Model cząsteczki bromku miedzi($\text{II}$):

RBiDkvjdlyIOg

Ilustracja przedstawia model kulkowo‑pręcikowy cząsteczki bromku miedzi(<math aria‑label="dwa">II). Jeden atom miedzi reprezentowany przez różową kulkę, łączy się z dwoma atomami bromu symbolizowanymi bordowymi kulkami. Wszystkie kulki leżą w jednej płaszczyźnie, a cząsteczka ma budowę kątową.

RJFrEhLL4h6IO

Zdjęcie przedstawia bromek miedzi(<math aria‑label="dwa">II) w postaci czarnego drobnego proszku umieszczonego na szkiełku zegarkowym.

Ciekawostka

R8iX3SW8iDhlV

Zdjęcie przedstawia białe owalne tabletki wysypujące się z plastikowego opakowania.

Bromki sodu i potasu znalazły zastosowanie w medycynie. Wykazują działanie uspokajające, a w większych dawkach nasenne. Działanie to wynika z wypierania jonów chloru przez jony bromu w przestrzeniach międzykomórkowych.

W przypadku przewlekłego zażywania lub przedawkowania, dochodzi do zatrucia bromem, który objawia się m.in.: psychozami, halucynacjami i trądzikiem bromowym (acne bromide), a nawet może prowadzić do śpiączki lub zgonu.

Duże ryzyko zatrucia pacjenta bromem wynika stąd, iż lecznicza dawka bromu jest bardzo zbliżona do dawki toksycznej. Dawkowanie tego leku musi być niezwykle ostrożne.

Słownik

Bibliografia

Bielański A., Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 1987, s. 571‑574.

Piosik R., Karawajczyk B., Technika demonstracji i ćwiczenia laboratoryjne z metodyki nauczania chemii i ochrony środowiska, Gdańsk 2004, s. 56‑57.