Ácido bromoso (HBrO2): propiedades físicas y químicas, y usos
El ácido bromoso es un compuesto inorgánico de fórmula HBrO2. Dicho ácido es uno de los ácidos oxácidos de bromo donde este se encuentra con estado de oxidación 3+. Las sales de este compuesto son conocidas como bromitos. Se trata de un compuesto inestable que no se ha podido aislar en el laboratorio.
Esta inestabilidad, análoga al ácido yodoso, es debida a una reacción de dismutación (o desproporción) para formar ácido hipobromoso y ácido brómico de la siguiente manera: 2HBrO2 → HBrO + HBrO3.
El ácido bromoso puede actuar como intermediario en distintas reacciones en la oxidación de hipobromitos (Ropp, 2013). Puede ser obtenido por medios químicos o electroquímicos donde el hipobromito se oxida al ion bromito como por ejemplo:
HBrO + HClO → HBrO2 + HCl
HBrO + H2O + 2e– → HBrO2 + H2
Índice del artículo
Como se mencionó anteriormente, el ácido bromoso es un compuesto inestable que no se ha aislado, por lo que sus propiedades físicas y químicas son obtenidas, con algunas excepciones, teóricamente mediante cálculos computacionales (National Center for Biotechnology Information, 2017).
El compuesto posee un peso molecular de 112,91 g/mol, un punto de fusión de 207,30 grados centígrados y un punto de ebullición de 522.29 grados centígrados. Su solubilidad en agua se estima que sea de 1 x 106 mg/L (Royal Society of Chemistry, 2015).
No existe registrado ningún tipo de riesgo en el manejo de este compuesto, sin embargo, se ha encontrado que es un ácido débil.
La cinética de la reacción de desproporción del bromo (III), 2Br (III) → Br (1) + Br (V), se estudió en tampón de fosfato, en el rango de pH de 5.9-8.0, monitorizando la absorbancia óptica a 294 nm usando flujo detenido.
Las dependencias de [H+] y [Br (III)] fueron de orden 1 y 2 respectivamente, donde no se encontró dependencia de [Br-]. La reacción también se estudió en tampón acetato, en el intervalo de pH de 3,9 – 5,6.
Dentro del error experimental, no se encontró evidencia para una reacción directa entre dos iones BrO2-. Este estudio proporciona constantes de velocidad 39.1 ± 2.6 M-1 para la reacción:
HBrO2 + BrO2→ HOBr + Br03–
Constantes de velocidad de 800 ± 100 M-1 para la reacción:
2HBr02 →HOBr + Br03– + H+
Y un cociente de equilibrio de 3,7 ± 0,9 X 10-4 para la reacción:
HBr02 ⇌ H + + BrO2–
Obteniéndose un pKa experimental de 3,43 a una fuerza iónica de 0,06 M y 25,0 °C (R. B. Faria, 1994).
El ácido brómico u bromito de sodio se usa para producir bromito de berilio según la reacción:
Be(OH)2 + HBrO2 → Be(OH)BrO2 + H2O
Los bromitos son de color amarillo en estado sólido o en soluciones acuosas. Este compuesto es usado industrialmente como agente de desincrustación de féculas oxidativas en el refinamiento de textiles (Egon Wiberg, 2001).
El ácido brómico u bromitos pueden ser usados para reducir el ion permanganato a manganato de la siguiente manera:
2MnO4– + BrO2– + 2OH–→ BrO3– + 2MnO42- + H2O
Lo que es conveniente para la preparación de soluciones de manganeso (IV).
El ácido bromoso actúa como un intermediario importante en la reacción de Belousov-Zhabotinski (Stanley, 2000), la cual es una demostración en extremo llamativa visualmente.
En esta reacción se mezclan tres soluciones para formar un color verde, que se vuelve azul, púrpura y rojo, y luego vuelve al verde y se repite.
Las tres soluciones que se mezclan son siguientes: una solución de KBrO3 0,23 M, una solución de ácido malónico 0,31 M con KBr 0,059 M y una solución de nitrato de amonio de cerio (IV) 0,019 M y H2SO4 2,7M.
Durante la presentación, una pequeña cantidad de la ferroina indicador se introduce en la solución. Los iones de manganeso pueden utilizarse en lugar de cerio. La reacción global B-Z es la oxidación catalizada por cerio del ácido malónico, por iones bromato en ácido sulfúrico diluido como se presenta en la siguiente ecuación:
3CH2 (CO2H)2 + 4 BrO3– → 4 Br– + 9 CO2 + 6 H2O (1)
El mecanismo de esta reacción implica dos procesos. El proceso A involucra iones y transferencias de dos electrones, mientras que el proceso B implica radicales y transferencias de un electrón.
La concentración de iones bromuro determina qué proceso es dominante. El proceso A es dominante cuando la concentración de iones de bromuro es alta, mientras que el proceso B es dominante cuando la concentración de iones de bromuro es baja.
El proceso A es la reducción de iones bromato por iones bromuro en dos transferencias de electrones. Se puede representar por esta reacción neta:
BrO3– + 5Br– + 6H+ → 3Br2 + 3H2O (2)
Esto ocurre cuando se mezclan las soluciones A y B. Este proceso se produce a través de los tres pasos siguientes:
BrO3– + Br– +2 H+ → HBrO2 + HOBr (3)
HBrO2 + Br– + H+ → 2 HOBr (4)
HOBr +Br– +H+ → Br2 + H2O (5)
El bromo creado a partir de la reacción 5 reacciona con ácido malónico a medida que enoliza lentamente, tal como se representa por la siguiente ecuación:
Br2 + CH2 (CO2H)2 → BrCH(CO2H)2 + Br– + H (6)
Estas reacciones funcionan para reducir la concentración de iones bromuro en la solución. Esto permite que el proceso B se convierta en dominante. La reacción global del proceso B se representa por la siguiente ecuación:
2BrO3– + 12H+ + 10 Ce3+ → Br2 + 10Ce4+·6H2O (7)
Y se compone de los siguientes pasos:
BrO3– + HBrO2 + H+ → 2BrO2 • + H2O (8)
BrO2 • + Ce3+ + H+ → HBrO2 + Ce4+ (9)
2 HBrO2 → HOBr + BrO3– + H+ (10)
2 HOBr → HBrO2 + Br– + H+ (11)
HOBr + Br– + H+ →Br2 + H2O (12)
Los elementos claves de esta secuencia incluyen el resultado neto de la ecuación 8 más dos veces la ecuación 9, que se muestra a continuación:
2Ce3+ + BrO3 – + HBrO2 + 3H+ →2Ce4+ + H2O + 2HBrO2 (13)
Esta secuencia produce ácido bromoso autocatalíticamente. La autocatálisis es una característica esencial de esta reacción, pero no continúa hasta que los reactivos se agotan, porque hay una destrucción de segundo orden de HBrO2, como se ve en la reacción 10.
Las reacciones 11 y 12 representan la desproporción de ácido hiperbromoso a ácido bromoso y Br2. Los iones de cerio (IV) y el bromo oxidan el ácido malónico para formar iones bromuro. Esto provoca un aumento en la concentración de iones bromuro, que reactiva el proceso A.
Los colores en esta reacción se forman principalmente por la oxidación y reducción de complejos de hierro y cerio.
La ferroina proporciona dos de los colores que se ven en esta reacción: a medida que [Ce (IV)] aumenta, oxida el hierro en la ferroína del hierro rojo (II) al hierro azul (III). El cerio (III) es incoloro y el cerio (IV) es amarillo. La combinación de cerio (IV) y hierro (III) hace que el color verde.
Bajo las condiciones adecuadas, este ciclo se repetirá varias veces. La limpieza de cristalería es una preocupación porque las oscilaciones son interrumpidas por la contaminación con iones cloruro (Horst Dieter Foersterling, 1993).
- bromous acid. (2007, Octubre 28). Retrieved from ChEBI: ebi.ac.uk.
- Egon Wiberg, N. W. (2001). Inorganic Chemistry. londres-san diego: academic press.
- Horst Dieter Foersterling, M. V. (1993). Bromous acid/cerium(4+): reaction and HBrO2 disproportionation measured in sulfuric acid solution at different acidities. Phys. Chem 97 (30), 7932–7938.
- iodous acid. (2013-2016). Retrieved from molbase.com.
- National Center for Biotechnology Information. (2017, Marzo 4). PubChem Compound Database; CID=165616.
- B. Faria, I. R. (1994). Kinetics of Disproportionation and pKa of Bromous Acid. J. Phys. Chem. 98 (4), 1363-1367.
- Ropp, R. C. (2013). Encyclopedia of the Alkaline Earth Compounds. Oxford: Elvesier.
- Royal Society of Chemistry. (2015). Bromous acid. Retrieved from chemspider.com.
- Stanley, A. A. (2000, Diciembre 4). Advanced Inorganic Chemistry Demonstration Summary oscillating reaction.