Những điều thú vị về Brom
Mang số nguyên tử 35 là một nguyên tố khóa học khá đặc biệt: Brom (Bromine);. Đây là phi kim duy nhất có thể tồn tại ở dạng lỏng tại nhiệt độ phòng, và là một trong hai nguyên tố hóa học có dạng lỏng ở nhiệt độ và áp suất trong phòng (nguyên tố còn lại là thủy ngân).
Brom lỏng tinh khiết (Nguồn ảnh: Images of Elements)
Theo bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học, đây là nguyên tố đứng thứ 44 về độ phổ biến trong lớp vỏ của Trái đất, với tỷ lệ 2,4 phần triệu trọng lượng (theo Chemicool). Brom có trong các hợp chất trong nước biển và nước hồ. Các “mỏ” Brom ở Mỹ được tìm thấy trong các giếng biển tự nhiên ở Michigan và Arkansas. Theo Live Sciences, sản lượng sản xuất Brom trên toàn thế giới vào khoảng 330000 tấn mỗi năm. Brom cũng được tìm thấy ở Israel, Nga, Pháp và Nhật – theo Minerals Education Coalition.
Brom rất độc hại với môi trường. Theo Chemicool, nguyên tử Brom có tính “phá hoại” tầng ozone cao gấp từ 40 đến 100 lần so với nguyên tử Clo. Gần một nửa nguyên nhân gây ra tổn thất vùng ozon ở Nam Cực là do các phản ứng hóa học với Brom. Methyl Brom, được sử dụng như một chất xông hơi, là nguồn Brom phá hủy tầng ozone lớn nhất. Khoảng 30% Brom trong khí quyển được tạo ra từ các hoạt động của con người, còn lại là tự nhiên.
Một vài con số về Brom:
• Số nguyên tử (số proton trong hạt nhân): 35
• Ký hiệu (trong bảng tuần hoàn các nguyên tố): Br
• Trọng lượng nguyên tử (khối lượng trung bình của nguyên tử): 79,904
• Mật độ: 3,122 g/ cm3
• Trạng thái ở nhiệt độ phòng: Thể lỏng
• Nhiệt độ nóng chảy: 19,4 độ F (-7 độ C)
• Nhiệt độ sôi: 138,0 F (58,9 C)
• Số lượng các đồng vị tự nhiên (các nguyên tử của cùng một nguyên tố với một số nơtron khác nhau): Brom có 2 đồng vị ổn định: Br79 (50,69 %) và Br81 (49,31%) và ít nhất là 24 đồng vị phóng xạ đã biết là tồn tại. Nhiều đồng vị của Brom là các sản phẩm phân hạch hạt nhân. Một vài đồng vị nặng của Brom từ phân hạch là các nguồn bức xạ nơtron trễ. Tất cả các đồng vị phóng xạ của Brom đều có thời gian tồn tại tương đối ngắn.
Muối bốc hơi ở Biển Chết – một ví dụ về nguồn của Brom. (Nguồn ảnh: Igor Tubin/Shutterstock)
Lịch sử của Brom
Theo Peter van der Krogt – một sử gia người Hà Lan, Brom được hai nhà hóa học Antoine Balard và Carl Jacob Löwig phát hiện độc lập với nhau năm 1825 và 1826.
Carl Jacob Löwig là một sinh viên khoa Hóa người Đức, được hướng dẫn bởi nhà hóa học người Đức Leopold Gmelin. Löwig đã lấy một mẫu nước từ một con suối nước khoáng tại quê hương ông ở Bad Kreuznach, sau đó thêm Clo vào mẫu nước đó để bão hòa và tách Brom bằng Dietylête – theo Chemicool. Sau đó, Carl Jacob Löwig phát hiện một chất màu nâu đỏ trong dung dịch; anh cô lập chất này bằng cách làm bay hơi dung dịch Ete. Gmelin đã gợi ý học trò của mình nên tạo ra nhiều chất này hơn nữa để có thể nghiên cứu kỹ hơn và xa hơn. Tuy nhiên, vào thời điểm Löwig tạo ra đủ lượng chất cần thiết, anh lại bị trì hoãn bởi các kỳ thi và kỳ nghỉ. Trong thời gian đó, một nhà khoa học khác đã công bố kết quả nghiên cứu tương tự.
Nhà khoa học đó là Antoine-Jérôme Balard – một nhà hóa học người Pháp. Theo Peter van der Krogt, ông đã tìm thấy các muối Bromua khi nghiên cứu một loại tảo biển màu nâu. Sau đó Balard đã lấy một mẫu nước muối có chứa rong biển, sau đó chưng cất hỗn hợp nước muối này với Clo để tạo ra một chất lỏng màu đỏ sẫm. Lúc đầu ông cho rằng nó là một hợp chất Clo hoặc I ốt, và khi ông không thể cô lập Clo hay I ốt từ hợp chất này, ông tin rằng thật ra ông đã tìm ra được một chất mới. Balard đặt tên cho chất mới này là Muride, bắt nguồn từ chữ La tinh Muria để chỉ nước mặn. Kết quả này của ông được công bố vào năm 1926.
Bạn có biết?
· Theo Chemicool, Brom là một halogen. Các nguyên tố halogen (Flo, Clo, Brom, I ốt và Astatine) chưa bao giờ được tìm thấy đơn lẻ trong thiên nhiên. Chúng tạo ra muối khi phản ứng với kim loại – theo Hóa Giải Thích.
· Cái tên “Brom” bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp “Bromos”, có nghĩa là mùi hôi thối. Chất lỏng màu mâu đỏ này có thể bay hơi dễ dàng và trở thành chất khí màu đỏ có mùi giống như mùi Clo mạnh.
· Theo Lenntech, Brom là chất độc hại cho con người chúng ta. Ở trạng thái lỏng, nó ăn mòn các mô của cơ thể con người. Ở trạng thái khí, nó gây hại cho mắt, cổ họng và vô cùng độc hại cho cơ thể nếu chúng ta hít phải loại khí này. Brom gây hại cho rất nhiều bộ phận cơ thể quan trọng, như gan, thận, phổi và dạ dày. Trong một số trường hợp, nó có thể gây ung thư.
· Brom có thể hấp thụ vào cơ thể con người thông qua nguồn nước và nguồn thực phẩm ô nhiễm, qua đường hô hấp, và qua da – theo nghiên cứu của Trung tâm kiểm soát dịch bệnh Mỹ.
· Theo Cameo Chemicals, Brom có thể phát nổ khi kết hợp với kali, phốt pho, thiếc, và với nhiều hóa chất khác.
· Theo Hiệp hội Hóa học Hoàng gia Anh, Brom có rất nhiều công dụng, ví dụ như được dùng để tạo ra các hóa chất nông nghiệp, thuốc trừ sâu, thuốc nhuộm, dược phẩm, chất chống lửa, chống cháy, bọt xốp nội thất, xăng dầu, vỏ nhựa cho các thiết bị điện tử, và nước rửa ảnh .
· Cũng theo Hiệp hội Hóa học Hoàng gia Anh, Brom được sử dụng để làm sạch nước, làm thuốc, và làm chất khử trùng.
· Brom được sử dụng để giảm thiểu đến gần 90% lượng khí thải thủy ngân từ các nhà máy điện đốt than, theo Diễn đàn Khoa học Môi trường Brom (BSEF). Brom cũng đóng góp vào quá trình oxy hóa chất thủy ngân, làm cho nó trở nên dễ dàng hơn bằng các thiết bị kiểm soát khí thải.
· Do độc tính của nó cùng các mối lo ngại về môi trường, cho nên việc sử dụng Brom làm chất chống cháy và sử dụng trong nông nghiệp đã và đang dần bị loại bỏ.
· Theo Phòng thí nghiệm Jefferson, tổ tiên của chúng ta xa xưa đã từng tạo ra dung dịch thuốc nhuộm màu tím rất đắt tiền từ các hợp chất hữu cơ Brom tiết ra từ Murex – một lọai trai biển.
· Cơ thể con người chúng ta bao gồm 0,0004 % là Brom. Tuy nhiên, cho đến thời điểm hiện tại, chưa có tác dụng hay chức năng nào của nó đối với cơ thể con người được khám phá.
Các nghiên cứu về Brom:
Brom đã và đang được nghiên cứu về ảnh hưởng của nó đến bầu khí quyển. Một công bố gần đây của Cục Quản lý Đại dương và Khí quyển Quốc gia (NOAA) đã mô tả cách thức Brom (cũng như Clo) phá hủy các phân tử ozone trong chu trình phản ứng của nó. Ở chu kỳ đầu tiên, phản ứng giữa Clo hay Clo Monoxide tương tác với Ozone tạo ra montonic (O) hoặc Diatomic Oxygen (O2). Ở chu kỳ thứ hai, Clo phản ứng với Ozone tạo ra O2. Chu kỳ thứ ba cho thấy Brom phản ứng với Ozone cũng tạo ra O2. Trong tất cả các trường hợp trên, ánh sáng mặt trời là thứ cần thiết cho quá trình phản ứng, do vậy, tầng ozone bị tổn hại nhiều nhất vào các tháng mùa hè và sự tổn hại ozone bị giảm đi vào các tháng mùa đông.
Có rất nhiều nghiên cứu, bao gồm một nghiên cứu được công bố năm 2017 trên tạp chí Hóa học khí quyển và Vật ý của Bodo Werner, một nhóm các nhà khoa học đến từ Đức, Mỹ, và Anh. Nghiên cứu đã sử dụng nhiều phương pháp để tính toán lượng Brom có trong bầu khí quyển. Nghiên cứu cho rằng một phần ba sự phá hủy tẩng ozone gây ra do Brom. Cũng theo nghiên cứu này, các hợp chất Brom trong khí quyển có bốn nguồn chính:
· Nguồn Brom tự nhiên và do tác động của con người
· Halons – chất dập cháy dạng khí: là một nhóm các hợp chất hóa học có chứa chủ yếu là các ankan. Chúng thường được sử dụng để làm cho chất làm chậm lửa, cháy extinguishants, và propellants
· Các loài có vòng đời ngắn (VSLS)
· Brom vô cơ đã được truyền vào tầng đối lưu phía trên
Vào năm 2000, lượng Brom đạt đỉnh với tỷ lệ 20 phần triệu. Cho đến nay, lượng Brom trong khí quyển đã được giảm xuống ở mức 0.6 phần trăm mỗi năm. Theo tính toán, rất nhiều nguồn Brom đã được sử dụng, tập trung ở các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới.
NOAA cũng báo cáo vào cuối năm 2016 rằng, “mật độ của Brom và các khí gas có hại khác trong bầu khí quyển đang giảm”. Nghiên cứu này đã xem xét bầu khí quyển của Nam Cực và vùng Vĩ độ trung tâm, sau đó kết hợp các kết quả hiện tại với các quan sát vào những năm 1970 cùng với các kết quả dự đoán vào năm 2080.
Sử dụng các số liệu vào năm 1980 làm chuẩn, nghiên cứu đã dự đoán rằng các khí gas gây tổn hại tầng ozone chủ yếu bao gồm Brom và Clo. Mật độ hai chất này sẽ giảm xuống mức của năm 1980 vào khoảng năm 2014 và 20150 ở vùng vĩ độ trung tâm (châu Âu, phần trên Bắc Mỹ, phần dưới Nam Mỹ, các tiểu bang phía nam nước Úc, v.v..) và vào năm 2070 ở vùng Nam cực. Sự suy giảm của các khí gas độc hại này trong bầu khí quyển chính là một phần trong nỗ lực làm chậm sự biến đổi khí hậu và để thúc đẩy sự tái tạo của tầng ozone bảo vệ Trái đất.
Anh Cao
