Waterstofbromide

Waterstofbromide is een anorganische verbinding van waterstof en broom, met als brutoformule HBr. In zuivere toestand is het een uiterst corrosief kleurloos gas met een indringende zure geur, dat zeer goed oplosbaar is in water. Een oplossing van waterstofbromide in water wordt broomwaterstofzuur genoemd en is eveneens uiterst corrosief. Dit is de vorm waaronder waterstofbromide ook commercieel wordt verhandeld.

Waterstofbromide
Structuurformule en molecuulmodel
Structuurformule van waterstofbromide
Molecuulmodel van waterstofbromide
Algemeen
Molecuul­formule	HBr
IUPAC-naam	waterstofbromide
Molmassa	80,91194 g/mol
SMILES	Br
InChI	1S/BrH/h1H
CAS-nummer	10035-10-6
EG-nummer	233-113-0
PubChem	260
Wikidata	Q2447
Vergelijkbaar met	waterstofchloride, waterstofjodide
Waarschuwingen en veiligheids­maatregelen
Gevaar
H-zinnen	H314 - H335
EUH-zinnen	geen
P-zinnen	P261 - P280 - P305+P351+P338 - P310
Hygroscopisch?	ja
EG-Index-nummer	035-002-00-0
VN-nummer	1048
ADR-klasse	Gevarenklasse 2.3
LD50 (ratten)	76 mg/kg
Fysische eigenschappen
Aggregatie­toestand	gasvormig
Kleur	kleurloos
Dichtheid	(gas, 0°C) 3,6452 g/L (vloeistof, −86,86°C) 2,203 g/cm³
Smeltpunt	−86,86 °C
Kookpunt	−66,4 °C
Dampdruk	(bij 21°C) 2,308 × 106 Pa
Oplosbaarheid in water	(bij 20°C) 1930 g/L
Goed oplosbaar in	water
Brekingsindex	1,325
Geometrie en kristal­structuur
Dipoolmoment	0,820 D
Thermodynamische eigenschappen
ΔfHog	−36,45 kJ/mol
Sog, 1 bar	198,7 J/mol·K
Cop,m	0,3507 J/mol·K
Evenwichtsconstante(n)	pKa = −9
Tenzij anders vermeld zijn standaardomstandigheden gebruikt (298,15 K of 25 °C, 1 bar).
Portaal    Scheikunde

Synthese

Industriële synthese

Waterstofbromide wordt op een veel kleinere schaal geproduceerd dan het vergelijkbare waterstofchloride. De meest toegepaste reactie is de directe combinatie van waterstofgas en dibroom bij temperaturen tussen 200 en 400 °C:^[1]

${\displaystyle {\ce {H2 + Br2 -> 2HBr}}}$

Deze reactie wordt gekatalyseerd door platina of asbest.^[2]

Laboratoriumsynthese

Hoewel waterstofbromide commercieel verhandeld wordt, kan het ook in het laboratorium in situ gevormd worden. Een veel toegepaste methode is de reactie van een waterige oplossing van natrium- of kaliumbromide met fosforzuur of verdund zwavelzuur:^[3]

${\displaystyle {\ce {2KBr + H2SO4 -> K2SO4 + 2HBr}}}$

Het gevormde waterstofbromide kan worden overgedestilleerd en afgevangen worden in water. Het gebruik van verdund zwavelzuur is noodzakelijk, omdat anders oxidatie van het gevormde waterstofbromide tot dibroom optreedt:

${\displaystyle {\ce {2HBr + H2SO4 -> Br2 + SO2 + 2H2O}}}$

Waterstofbromide kan ook bereid worden door de reactie van dibroom met zwavel en water:

${\displaystyle {\ce {2Br2 + S + 2H2O -> 4HBr + SO2}}}$

Een vergelijkbare reactie is de reductie met fosforigzuur:

${\displaystyle {\ce {Br2 + H3PO3 + H2O -> 2HBr + H3PO4}}}$

Eigenschappen

Zie Broomwaterstofzuur voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Waterstofbromide is bij kamertemperatuur een gas, maar het wordt vrijwel uitsluitend toegepast als waterige oplossing. De oplosbaarheid van waterstofbromide in water is relatief groot (wegens de polariteit van de binding). Bij kamertemperatuur bedraagt het gewichtspercentage van de meest geconcentreerde oplossing 68,85%. Een waterige oplossing met een gewichtspercentage van 47,6% vormt een omgekeerde azeotroop, die kookt bij 124,3 °C.

De oplosbaarheid kan verklaard worden door de zuur-basereacties die optreden wanneer waterstofbromide en water met elkaar in contact worden gebracht:

${\displaystyle {\ce {HBr + H2O -> H3O+ + Br-}}}$

Water, dat met een pK_a van 16 een veel minder sterk zuur is dan waterstofbromide, wordt geprotoneerd tot het hydroxonium-ion. Een gelijkaardige reactie is deze met alcoholen, zoals methanol:

${\displaystyle {\ce {HBr + CH3OH -> CH3OH2+ + Br-}}}$

Een geconcentreerde oplossing van waterstofbromide is een sterk anorganisch zuur dat in tegenstelling tot salpeterzuur of zwavelzuur geen sterke oxidator is.

Toepassingen en reacties

Waterstofbromide wordt veel gebruikt in verschillende processen en synthesen. Een alcohol kan worden omgezet tot het corresponderende alkylbromide via een dehydratie:

${\displaystyle {\ce {R-OH + HBr -> R-Br + H2O}}}$

Waterstofbromide addeert aan de dubbele binding in alkenen, waarbij een broomalkaan ontstaat. De regioselectiviteit van de additie wordt bepaald door de regel van Markovnikov:

Additie van waterstofbromide aan een alkeen

Een vergelijkbare additie wordt waargenomen bij alkynen: daarbij wordt een broomalkeen gevormd. Verdere additie is mogelijk.

Daarnaast wordt waterstofbromide ook gebruikt bij de opening van epoxiden (via een S_N1-mechanisme) en lactonen. Waterstofbromide is ook in staat verschillende reacties te katalyseren, zoals bijvoorbeeld de ketonhalogenering.

In combinatie met N-broomsuccinimide wordt in situ dibroom gevormd, dat vervolgens gebruikt kan worden bij een organische synthese.

Externe links

•  waterstofbromide - International Chemical Safety Card
• (en) MSDS van waterstofbromide
• (en) Gegevens van waterstofbromide in de GESTIS-stoffendatabank van het IFA

Bronnen, noten en/of referenties

1. (en) J.R. Ruhoff, R.E. Burnett & E. Emmet Reid (1935) - Hydrogen bromide (anhydrous), Organic Syntheses, 15, p. 35
2. (en) N.N. Greenwood & A. Earnshaw (1997) - Chemistry of the Elements, Butterworth-Heineman, Oxford, Groot-Brittannië, pp. 809-812
3. (en) P. Patnaik (2002) - Handbook of Inorganic Chemicals, McGraw-Hill - ISBN 0-07-049439-8

Waterstofhalogeniden

Waterstoffluoride · Waterstofchloride · Waterstofbromide · Waterstofjodide · Waterstofastatide