Ácido bromhídrico (HBr): qué es, estructura, propiedades, formación, usos
El ácido bromhídrico es un compuesto inorgánico que resulta de la disolución acuosa de un gas llamado bromuro de hidrógeno. Su fórmula química es HBr, y puede considerarse de distintas maneras equivalentes: como un hidruro molecular, o un halogenuro de hidrógeno en agua, es decir, un hidrácido.
En las ecuaciones químicas debería escribirse como HBr(ac), para indicar así que se trata del ácido bromhídrico y no del gas. Este ácido es uno de los más fuertes conocidos, aún más que el ácido clorhídrico, HCl. La explicación de esto reside en la naturaleza de su enlace covalente.
Reacciona violentamente con oxidantes fuertes, como los nitratos o los cloratos, y es sumamente corrosivo, con un efecto altamente irritante para la piel y los ojos.
El ácido bromhídrico es, después del yodhídrico, HI, uno de los hidrácidos más fuertes y útiles para la digestión de ciertas muestras sólidas.
Hay que tener mucho cuidado con su manipulación, ya que puede originar explosiones y peligro de incendio. Además, ataca a otros metales y forma gas inflamable de hidrógeno.
Estructura del ácido bromhídrico
En la imagen se muestra la estructura del HBr, cuyas propiedades y características, aunque sean las del gas, están estrechamente relacionadas con sus disoluciones acuosas. Es por eso que llega un punto donde se entra en una confusión respecto a cuál de los dos compuestos se alude: HBr o HBr(ac).
La estructura del HBr(ac) es diferente a la del HBr, pues ahora las moléculas de agua se encuentran solvatando a esta molécula diatómica. Cuando está lo suficiente cerca, se transfiere el H+ a una molécula de H₂O, tal como se indica en la siguiente ecuación química:
HBr + H₂O => Br- + H3O+
Así, la estructura del ácido bromhídrico consiste en iones Br- y H3O+ interaccionando electrostáticamente. Ahora, es un poco diferente al enlace covalente del HBr.
Su gran acidez se debe a que el voluminoso anión Br– apenas puede interaccionar con el H3O+, sin poder impedirle que transfiera el H+ a otra especie química circundante.
Acidez
Por ejemplo, el Cl– y el F– aunque no formen enlaces covalentes con el H3O+, sí pueden interaccionar mediante otras fuerzas intermoleculares, como los puentes de hidrógeno (que solo el F– es capaz de aceptarlos).
Los puentes de hidrógeno F–—H-OH2+ “entorpecen” la donación de los H+.
Es por esta razón que el ácido fluorhídrico, HF, es un ácido más débil en agua que el ácido bromhídrico, ya que las interacciones iónicas Br– H3O+ no importunan la transferencia del H+.
No obstante, aunque el agua esté presente en el HBr(ac), su comportamiento a fin de cuentas es similar que si se considera una molécula de HBr, es decir, un H+ se transfiere del HBr o del Br–H3O+.
Propiedades físicas y químicas
Fórmula molecular
HBr.
Peso molecular
80,972 g/mol. Como se mencionó en el apartado anterior, se considera solamente el HBr y no la molécula de agua. Si el peso molecular se tomara a partir de la fórmula Br–H3O+ tendría un valor 99 g/mol aproximadamente.
Apariencia física
Líquido incoloro o de color amarillo pálido, lo cual dependerá de la concentración del HBr disuelto. Mientras más amarillo sea, más concentrado y peligroso será.
Olor
Acre, irritante.
Umbral de olor
6,67 mg/m3.
Densidad
1,49 g/cm3 (solución acuosa al 48% p/p). Este valor, al igual que los correspondientes a los de los puntos de fusión y ebullición, dependen de la cantidad de HBr disuelto en el agua.
Punto de fusión
-11 °C (12 °F, 393 °K) (solución acuosa al 49% p/p).
Punto de ebullición
122 °C (252 °F, 393 °K) a 700 mmHg (solución acuosa 47-49% p/p).
Solubilidad en agua
-221 g/100 ml (a 0 °C).
-204 g/100 ml (15 °C).
-130 g/100 ml (100 °C).
Estos valores se refieren al HBr gaseoso, no al ácido bromhídrico. Como puede apreciarse, al aumentar la temperatura disminuye la solubilidad del HBr, comportamiento natural en los gases.
En consecuencia, si se requieren disoluciones de HBr (ac) concentradas, es mejor trabajar con ellas a bajas temperaturas.
Si se trabaja a altas temperaturas, el HBr escapará en forma de moléculas diatómicas gaseosas, por lo que el reactor debe estar sellado para evitar su fuga.
Densidad del vapor
2,71 (en relación con el aire = 1).
Acidez pKa
-9,0. Esta constante tan negativa indica su gran fuerza de acidez.
Capacidad calórica
29,1 kJ/mol.
Entalpía molar estándar
198,7 kJ/mol (298 °K).
Entropía molar estándar
-36,3 kJ/mol.
Punto de ignición
No inflamable.
Nomenclatura
Su nombre ‘ácido bromhídrico’ combina dos hechos: la presencia del agua, y que el bromo tenga en el compuesto una valencia de -1.
En inglés es un tanto más evidente: hydrobromic acid, donde el prefijo ‘hydro’ (o hidro) alude al agua, aunque, realmente, también puede referirse al hidrógeno.
El bromo tiene valencia de -1 por estar enlazado al átomo de hidrógeno menos electronegativo que él. Pero si estuviera enlazado o interaccionando con átomos de oxígeno, puede tener numerosas valencias, como: +2, +3, +5 y +7.
Con el H solo puede adoptar una única valencia, y por eso se añade el sufijo –ico a su nombre.
Mientras que el HBr(g), bromuro de hidrógeno, es anhidro, esto es, no tiene agua. Por tanto, se le nombra bajo otras normas de nomenclatura, correspondiente a la de los halogenuros de hidrógeno.
¿Cómo se forma?
Existen varios métodos sintéticos para preparar ácido bromhídrico. Algunos de ellos son:
Mezcla de hidrógeno y bromo en agua
Sin describir los pormenores técnicos, este ácido puede obtenerse de la mezcla directa de hidrógeno y bromo en un reactor lleno con agua.
H2 + Br2 => HBr
De esta manera, a medida que se forma, el HBr se va disolviendo en el agua. Esta puede arrastrarlo en las destilaciones, por lo que pueden extraerse disoluciones con diferentes concentraciones. El hidrógeno es un gas, y el bromo un líquido oscuro de color rojizo.
Tribromuro de fósforo
En un proceso más elaborado, se mezclan arena, fósforo rojo hidratado y bromo. Se colocan trampas de agua en baños de hielo para impedir que el HBr se escape y forme, en lugar de ello, ácido bromhídrico. Las reacciones son:
2P + 3Br2 => 2PBr3
PBr3 + 3H2O => 3HBr + H3PO3
Dióxido de azufre y bromo
Otra forma de prepararlo consiste en hacer reaccionar el bromo con dióxido de azufre en agua:
Br2 + SO2 + 2H2O => 2HBr + H2SO4
Esta es una reacción redox. El Br2 se reduce, gana electrones, al enlazarse con los hidrógenos, mientras que el SO2 se oxida, pierde electrones, cuando forma más enlaces covalentes con otros oxígenos, como en el ácido sulfúrico.
Usos
– El ácido bromhídrico se emplea para elaborar productos farmacéuticos y químicos, especialmente en la preparación de bromuros inorgánicos (como el bromuro de zinc, calcio o sodio).
– También se emplea en medicina veterinaria y como solvente.
En preparación de bromuros
Las sales de bromuros pueden ser preparadas si se hace reaccionar el HBr(ac) con un hidróxido metálico. Por ejemplo, se considera la producción de bromuro de calcio:
Ca(OH)2 + 2HBr => CaBr2 + H₂O
Otro ejemplo es para el bromuro de sodio:
NaOH + HBr => NaBr + H₂O
Así, se pueden preparar muchos de los bromuros inorgánicos.
En síntesis de halogenuros de alquilo
Los bromuros orgánicos son compuestos organobromados: RBr o ArBr.
Deshidratación de alcoholes
La materia prima para obtenerlos pueden ser alcoholes. Ellos, al protonarse por la acidez del HBr, forman agua, la cual es un buen grupo saliente, y en su lugar se incorpora el átomo voluminoso de Br, que pasará a enlazarse covalentemente con el carbono:
ROH + HBr => RBr + H₂O
Esta deshidratación se lleva a cabo a temperaturas superiores de los 100 °C, con el objetivo de facilitar la ruptura del enlace R-OH2+.
Adición a alquenos y alquinos
La molécula de HBr puede adicionarse de su solución acuosa al doble o triple enlace de un alqueno o alquino:
R2C=CR2 + HBr => RHC-CRBr
RC≡CR + HBr => RHC=CRBr
Pueden obtenerse varios productos, pero bajo condiciones simples se forma prioritariamente el producto donde el bromo esté enlazado a un carbono secundario, terciario o cuaternario (regla de Markovnikov).
Estos halogenuros intervienen en la síntesis de otros compuestos orgánicos, y su abanico de usos es muy extenso. Asimismo, algunos de ellos pueden llegar incluso a utilizarse en la síntesis o diseños de nuevos fármacos.
Clivaje de éteres
A partir de los éteres pueden obtenerse simultáneamente dos halogenuros de alquilo, cada uno portando una de las dos cadenas laterales R o R’ del éter inicial R-O-R’. Sucede algo parecido a la deshidratación de los alcoholes, pero su mecanismo de reacción es diferente.
La reacción puede esquematizarse con la siguiente ecuación química:
ROR’ + 2HBr => RBr + R’Br
Y se libera además agua.
Como catalizador
Su acidez es tal que puede usarse como un catalizador ácido eficaz. En lugar de adicionarse el anión Br– a la estructura molecular, abre paso para que otra molécula lo haga.
Referencias
- Química Orgánica. Mc Graw Hill.
- Illustrated Glossary of Organic Chemistry: Hydrobromic acid. Recuperado de chem.ucla.edu
- Hydrobromic acid. Recuperado de en.wikipedia.org