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35. Brom (Br): Die rote Flüssigkeit · Das Periodensystem der Elemente

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Willkommen zu einer neuen Folge von Wissensreise durch das
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Periodensystem der Elemente, deinem Podcast zum Entspannen,
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produzieren. Kennst du schon unsere anderen
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Podcastreihen wie Wissensreise durch die Uhrzeit oder
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Wissensreise durch die Länder der Erde heute widmen wir uns
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einem Element. Das auf den ersten Blick wie ein
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Außenseiter wirkt. Es ist weder ein leuchtendes
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Edelmetall noch ein unsichtbares Gas, es ist keine glänzende
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Münze und kein stiller Bestandteil der Luft, die wir
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atmen. Es ist eine Flüssigkeit, eine
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der wenigen Substanzen im gesamten Periodensystem, die bei
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Raumtemperatur flüssig ist. Es ist dunkelrot, fast
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bräunlich, schwer wie Blei im Vergleich zu Wasser, und es
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stinkt es. Es stinkt so intensiv und
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beißend, dass schon sein Name eine Warnung ist.
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Dieses Element heißt Brom, sein chemisches Symbol ist Br, seine
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Ordnungszahl ist 35, und es gehört zur Gruppe der Halogene,
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jener faszinierenden und gefährlichen Elementfamilie, zu
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der auch Fluor, Chlor, Jod und Astad gehören.
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Brom ist das einzige nicht metallische Element, das.
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Das bei Raumtemperatur flüssig ist.
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Es ist gleichzeitig giftig, industriell unentbehrlich in der
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Meeresbiologie, allgegenwärtig und historisch mit einigen der
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dunkelsten Kapitel der Chemiegeschichte verknüpft.
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Beginnen wir mit dem Namen, denn er ist ungewöhnlich ehrlich, das
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Wort Brom leitet sich vom griechischen Bromos ab, was so
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viel bedeutet wie Gestank oder üblen Geruch.
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Diese Namensgebung ist keine poetische Übertreibung, sie ist
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präzise. Wissenschaft Brom verdampft bei
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Raumtemperatur langsam und die entstehenden Dämpfe sind
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Tiefbraun bis Orangefarben und riechen nach einer Mischung aus
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Chlor, faulen Meeresfrüchten und Rostigkeit, wenn man das
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überhaupt so beschreiben kann. Bereits winzige Konzentrationen
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von Bromdampf in der Luft ab etwa 0,1 Milligramm pro
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Kubikmeter sind für Menschen spürbar.
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Ab höheren Konzentrationen reizen sie Augen, Nase, Rachen
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und Lunge. Die zulässige
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Kurzzeitwertkonzentration am Arbeitsplatz liegt in
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Deutschland bei 0,2 Parts per 1000000 Parts per 1000000.
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Ein kleiner Wert, der verdeutlicht, wie intensiv und
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schädlich bromdämpfe selbst in geringen Mengen sind.
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Flüssiges Brom auf der Haut verursacht schwere Verätzungen,
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die sich oft erst mit Verzögerung zeigen.
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Eine Besonderheit, die Brom im Umgang besonders tückisch macht.
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Die Haut färbt sich zunächst gelb braun, dann entstehen
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Tiefe, schlecht heilende Wunden. Der Grund liegt in der
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chemischen Reaktivität des Broms.
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Es reagiert sofort mit organischen Molekülen, darunter
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die Proteine und Lipide der Haut, und zerstört diese auf
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chemischem Wege. Die Geschichte der Entdeckung
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des Brumms ist eine jener wissenschaftlichen Geschichten,
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in denen Priorität, Ehrgeiz und Glück eng beieinander liegen.
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Brom wurde nämlich praktisch gleichzeitig von 2
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Wissenschaftlern entdeckt, die voneinander unabhängig
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arbeiteten, der erste war Karl Jakob Löwig, ein junger
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Chemiestudent aus Deutschland im Jahr 1825, damals noch Student
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an der Universität Heidelberg. Untersuchte er das Wasser einer
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Mineralquelle aus seiner Heimatregion im Schwarzwald.
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Er extrahierte daraus eine dunkelrote, schwere Flüssigkeit
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mit stechendem Geruch und legte eine Probe davon bei seinem
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Professor Leopold Gmelin vor. Gmelin erkannte die Bedeutung
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des Fundes und riet Löwig, größere Mengen zu produzieren
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und die Substanz genauer zu charakterisieren, doch das
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dauerte er. Währenddessen arbeitete in
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Montpellier, Frankreich, Antoine jérome Ballard, ein junger
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Apotheker und Chemiker, ebenfalls an Salzwasser
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Extrakten, in seinem Fall aus dem Mittelmeer und aus
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Salzteichen der Region. Im Jahr 1826 extrahierte auch er
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eine dunkelrote Flüssigkeit, erkannte, dass es sich um ein
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bislang unbekanntes Element handeln musste und publizierte
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seine Ergebnisse. Ballard schlug zunächst den
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Namen Moride vor, abgeleitet vom lateinischen Muria für Salzlake.
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Doch die Akademie des Sehens entschied sich für Brome
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Gestank, weil Ballard zuerst publizierte, gilt er heute als
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offizieller Entdecker des Broms. Löwich hatte den Stoff
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möglicherweise früher in Händen, aber in der Wissenschaft zählt
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die Publikation. Diese Geschichte illustriert ein
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allgemeines Prinzip der Wissenschaftsgeschichte.
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Entdeckungen liegen oft in der Luft, wenn die Methoden und das
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Wissen einer Epoche ausgereift sind. 2 Menschen können dasselbe
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entdecken, weil die Zeit reif ist, nicht weil sie voneinander
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abschreiben Brom ist, wie bereits erwähnt, bei
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Raumtemperatur eine Flüssigkeit. Das klingt zunächst
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unspektakulär, ist aber im Kontext des Periodensystems
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außergewöhnlich. Von den 118 bekannten Elementen
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sind bei Raumtemperatur 20 Grad Celsius, Normaldruck nur
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zweiflüssig Quecksilber und Brom Brom Quecksilber ist ein Metall,
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Brom ist ein nicht Metall. Das macht Brom zum einzigen
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nicht metallischen Element mit diesem Aggregatzustand unter
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Standardbedingungen. Der Schmelzpunkt des Broms liegt
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bei -7,2 Grad Celsius, also knapp unter dem Gefrierpunkt von
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Wasser, der Siedepunkt liegt bei 58,8 Grad Celsius, das ist die
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Temperatur eines heißen Sommertages, kein extremer Wert,
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das bedeutet. An einem sehr heißen Sommertag
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würde Brom in einem offenen Behälter sieden und Dämpfe
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entwickeln. Die Breite des flüssigen
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Bereichs beträgt also nur etwa 66 Grad, deutlich weniger als
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bei Wasser mit seinen 100 Grad. Die Dichte von flüssigem Brom
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beträgt 3,1 Gramm pro Kubikzentimeter, mehr als
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dreimal so schwer wie Wasser. Das ist beim Umgang mit Brom
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sofort spürbar. Ein kleiner Glasbehälter, der
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mit Brom gefüllt ist, wirkt erstaunlich schwer.
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Brom ist in Wasser mäßig löslich, es bildet mit Wasser
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eine leicht gelbliche Lösung, das sogenannte Bromwasser, das
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in der chemischen Analyse traditionell als Nachweismittel
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für Doppelbindungen in organischen Molekülen eingesetzt
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wird, die. Bromwasser entfärbt sich sofort,
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wenn es mit einer Verbindung reagiert, die eine CC
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Doppelbindung enthält. Eine klassische Reaktion des
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Chemieunterrichts Brom ist in organischen Lösungsmitteln wie
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Tetrachlorkohlenstoff, Chloroform oder Diethyleter gut
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löslich und bildet dort intensive orange rote Lösungen.
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Brom steht in der siebten Hauptgruppe des Periodensystems.
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Der Gruppe der Halogene diese Gruppe ist eine der chemisch
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interessantesten überhaupt. Alle als Halogene sind
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Reaktionsfreudig, alle sind in reiner Form giftig und alle
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kommen in der Natur fast ausschließlich in gebundener
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Form vor, als Ionen oder in Verbindungen.
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Das Wort Halogen stammt ebenfalls aus dem griechischen
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und bedeutet sinngemäß Salzbildner.
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Die Halogene folgen einer klaren Systematik.
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Je weiter oben in der Gruppe, desto kleiner das Atom, desto
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reaktiver das Element und desto niedriger der Schmelz und
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Siedepunkt. Fluor ist ein farbloses Gas und
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das Reaktivste aller Elemente überhaupt.
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Chlor ist ein gelblich grünes Gas, Brom ist eine rote
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Flüssigkeit, Jod ist ein grauschwarzer Feststoff.
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Astad ist ein radioaktives Feststoffelement, das kaum
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erforscht werden konnte, weil es so kurzlebig ist.
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Brom hat die Ordnungszahl 35, was bedeutet, dass sein Atomkern
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35 Protonen enthält. Es hat in der Natur 2 stabile
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Isotope. Brom, 79 und Brom 81, die
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praktisch gleich häufig vorkommen.
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Brom 79 mit etwa 50,7% und Brom, 81 mit etwa 49,3%.
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Diese fast perfekte Gleichverteilung zweier Isotope
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ist in der Natur ungewöhnlich und hat praktische Bedeutung in
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der Massenspektrometrie. Ein Massenspektrum, das Brom
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enthält, zeigt stets 2 nahezu gleich hohe Peaks im Abstand von
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2 Masseneinheiten. Ein charakteristisches
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Erkennungsmerkmal für Chemiker und Chemikerinnen in chemischen
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Verbindungen tritt Brom am häufigsten als Bromidion auf,
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also mit der Ladung -1, nachdem es ein Elektron aufgenommen hat.
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Diese Eigenschaft teilt es mit allen Halogenen.
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Sie brauchen nur ein weiteres Elektron, um die stabile
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Edelgaskonfiguration zu erreichen und schnappen sich
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dieses Elektron daher sehr bereitwillig, obwohl Brom in
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reiner Form nicht in der Natur vorkommt, ist das Bromition in
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der Erdkruste in Meerwasser und in Lebewesen weit verbreitet, im
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Meerwasser ist Bromit. Mit einer durchschnittlichen
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Konzentration von etwa 65 Milligramm pro Liter.
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Das Achthäufigste gelöste Ion das klingt gering, doch
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angesichts des schieren Volumens der Weltmeere, etwa 1,335
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Milliarden Kubikkilometer, ergibt sich daraus eine
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gigantische Gesamtmasse von Brom.
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Die im Ozean gelöst ist. Besonders hohe bromit
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Konzentrationen finden sich in hypersalinen Gewässern, also in
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Seen und Meeren, die Salziger sind als der normale Ozean.
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Das Tote Meer zwischen Israel und Jordanien enthält
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außergewöhnlich hohe Bromitgehalte bis zu 5 Gramm pro
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Liter und war historisch eine der wichtigsten natürlichen
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Quellen für die Bromproduktion. An Land kommt Brom vor allem in
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Salzlagerstätten vor, die durch die Verdunstung alter Meere
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entstanden sind. Solche evaporit Lagerstätten
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finden sich unter anderem in Deutschland, Polen, Israel, den
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USA und China. Die Salzformationen des
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Norddeutschen Zechsteinbeckens, die sich über weite Teile von
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Niedersachsen und Schleswig Holstein erstrecken, enthalten
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ebenfalls Bromverbindungen, die. In der biologischen Welt spielt
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Brom eine überraschend aktive Rolle.
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Meeresorganismen, insbesondere Algen, Schwämme und bestimmte
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Weichtiere akkumulieren Brom Verbindungen und setzen sie für
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verschiedene biochemische Zwecke ein.
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Einige Meeresorganismen produzieren bromhaltige
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organische Verbindungen als Abwehrstoffe gegen Fressfeinde
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oder als antimikrobielle Mittel. Lange bevor Brom als chemisches
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Element bekannt war, spielte eine seiner Verbindungen eine
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außerordentliche Rolle in der Geschichte der Menschheit.
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Die Rede ist von Tyrion Purple, dem Tyrischen Purpur, einem der
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wertvollsten Farbstoffe der Antike.
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Dieser Farbstoff, chemisch als 6,6 dibro Mindigo bekannt.
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Wurde aus Meeresschnecken der Gattungen Murex und Hexaplex
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gewonnen. Die Schnecken produzieren in
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einer Drüse einen Vorläuferstoff, der nach
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Extraktion und Belichtung durch eine komplexe photochemische
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Reaktion den intensiven Lichtechten Purpurfarbstoff
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ergibt das Bromit, dass die Schnecken aus dem Meerwasser
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akkumulieren, ist essentiell für die Bildung dieser Verbindung.
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Die Herstellung des Tyrischen Purpurs war aufwendig und teuer.
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Für ein einziges Gramm Farbstoff benötigte man Tausende von
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Schnecken. Der Geruch der
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Produktionsstätten war legendär, widerlich auch hier das Brom,
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das zu den unangenehmen Nebenprodukten beitrug,
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entsprechend war tyrischer Purpur einer der teuersten
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Stoffe der antiken Welt, er war kaiserlichen und königlichen
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Persönlichkeiten vorbehalten und.
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Und der Begriff, in Purpur geboren, bezeichnete Kinder, die
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im Purpurgemach des byzantinischen Kaisers zur Welt
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kamen, also als Thronfolgerkinder.
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In der Römerzeit war der Besitz von Tyrischem Purpur durch
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Gesetze geregelt, nur der Kaiser durfte vollständig purpur
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gekleidet erscheinen, Senatoren trugen einen purpurnen Streifen
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an der Toga. Diese Farbhierarchie war soziale
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Kontrolle durch Chemie. Die Produktion von Tyrischem
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Purpur starb mit dem Fall von Konstantinopel 1453 weitgehend
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aus. Erst im 19 und 20 Jahrhundert
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wurde die chemische Struktur des Farbstoffs aufgeklärt und seine
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Verbindung zum Brom erkannt. Heute wird Brom hauptsächlich
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aus 2 Quellen gewonnen, aus Meerwasser und aus salzhaltigen
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Grundwässern, sogenannten Sohlen.
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Die Grundlage der industriellen Bromgewinnung ist die sogenannte
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Chlorierungsmethode. Da Chlor in der Halogenreihe
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Reaktiver ist als Brom, verdrängt es bromid Ionen aus
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der Lösung. Chlorgas wird in die
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bromidhaltige Sohle eingeleitet und elementares Brom wird
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freigesetzt. Dieses wird dann durch einen
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Luftstrom ausgetrieben und anschließend in einer Sodalösung
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absorbiert, konzentriert und destilliert.
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Die weltweite Brom Produktion beträgt schätzungsweise zwischen
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300004 100000 Tonnen jährlich. Die größten Produzenten sind
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Israel, die USA und China. Israel ist dabei besonders
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bedeutend, die Bromgewinnung aus dem Toten Meer und aus
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Sullekellen in der Negev Wüste macht das Land zu einem der
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weltweit führenden Brom Exporteure.
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Das israelische Unternehmen Ecl Group, früher Israel Chemical
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Chemicals Limited, gehört zu den dominierenden Akteuren des
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globalen Brommarktes. Eine der historisch wichtigsten
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Anwendungen war Etylendibromit Edb, das dem Verbleibten Benzin
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als Zusatz beigemischt wurde. Blei wurde dem Benzin als Anti
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Klopfmittel zugesetzt, bildete aber Ablagerungen im Motor.
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Edb half das Blei als flüchtige Verbindung aus dem Auspuff zu
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entfernen. Mit dem Verbot von Verbleitem
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Benzin in den meisten Ländern gegen Ende des 20 Jahrhunderts
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entfiel dieser enorme Bromverbrauch eine weitere große
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Anwendungsklasse waren bromierte Flammschutzmittel, kurz B.
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Frs. Diese Verbindungen wurden
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Kunststoffen, Textilien und Elektronikkomponenten
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Beigemengt, um deren Entflammbarkeit zu verringern.
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Bromierte Verbindungen unterbrechen die
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Kettenreaktionen, die bei der Verbrennung ablaufen, und können
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so den Ausbruch von Bränden verlangsamen oder verhindern.
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Aus diesem Grund war Brom jahrzehntelang in
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Computergehäusen, Fernsehern, Möbeln und Textilien weit
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verbreitet. Doch bromierte Flammschutzmittel
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haben eine dunkle Seite. Viele von ihnen sind persistent,
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sie werden in der Umwelt nicht oder nur sehr langsam abgebaut,
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sie reichern sich in Fettgewebe von Tieren und Menschen an.
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Ein Prozess der sogenannten Bioakkumulation Ionen,
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Polybromierte Diphenyleter PBD es eine wichtige Klasse
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bromierter Flammschutzmittel. Wurden weltweit in Muttermilch,
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meeressäugern, Polarfüchsen und sogar in der Arktis
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nachgewiesen. Manche Pdes sind hormonell
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wirksam und stehen im Verdacht, das Schilddrüsensystem und die
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neurologische Entwicklung zu beeinflussen die EU hat mehrere
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Pdes verboten oder stark eingeschränkt und die Suche nach
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weniger problematischen Alternativen ist in vollem
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Gange. Brom findet auch Verwendung in
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der Wasseraufbereitung und in Schwimmbädern.
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In diesem Bereich konkurriert es mit Chlor.
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Brom ist bei höheren PH Werten und in warmem Wasser wirksamer
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als Chlor und hinterlässt weniger intensive Gerüche.
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Desinfektionsmittel auf Brombasis sind daher besonders
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in Whirlpools und Warmwasserbecken verbreitet, in
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der pharmazeutischen Industrie ist Brom ein wichtiger Synthese
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Baustein. Zahlreiche Medikamente, darunter
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verschiedene Sedativa, Antiepileptika und Anästhetika,
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enthalten Bromatome oder werden mit Hilfe von Bromverbindungen
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hergestellt. Kaliumbromid beispielsweise
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wurde im 19 und frühen 20 Jahrhundert als eines der ersten
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chemisch definierten Beruhigungs und Schlafmittel eingesetzt.
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Die Geschichte des Broms hat auch eine düstere Seite, die mit
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dem Ersten Weltkrieg verbunden ist.
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Bromverbindungen gehörten zu den frühen Kampfstoffen, die in
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diesem Krieg eingesetzt wurden. Cyan, Brom, Benzyl, auch als
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Chamid bekannt, wurde von französischen Truppen bereits
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1914 als Tränengas eingesetzt, bromaceton und andere
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Bromverbindungen folgten. Diese Verwendung war Teil einer
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allgemeinen Eskalationsdynamik des Ersten Weltkriegs, in der
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chemische Waffen von nahezu allen kriegführenden Parteien
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eingesetzt wurden und zu massenhaftem Leid führten.
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Das Genfer Protokoll von 1925 verbot den Einsatz chemischer
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Waffen im Krieg, ein frühes Beispiel für internationales
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Recht, das aus den Schrecken des industrialisierten Krieges
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entstanden ist. Brom.
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Ist kein essentielles Element für den menschlichen Körper.
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Zumindest galt das lange als gesichert.
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Neuere Forschungen haben jedoch gezeigt, dass Bromit
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möglicherweise eine Rolle bei der Biosynthese von Kollagen 4
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spielt, einem strukturellen Protein, das in der Basalmembran
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von Geweben vorkommt. Eine Studie aus dem Jahr 2014,
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veröffentlicht im Fachjournal Sell, zeigte, dass Bromit.
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Für die korrekte Vernetzung von Kollagen 4 essentiell ist und
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damit indirekt für die Integrität von Geweben wie der
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Lunge, der Niere und der Haut. Falls diese Befunde bestätigt
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werden, wäre Brom das einzige Halogen, das als essentiell für
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alle mehrzelligen Lebewesen anzusehen wäre.
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Im menschlichen Blut sind Bromidionen in Konzentrationen
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von etwa 2 bis 5 Milligramm pro Liter nachweisbar, hauptsächlich
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über die Nahrung aufgenommen. Da Brom in zahlreichen
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pflanzlichen Lebensmitteln Trinkwasser und Meeresfischen
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vorkommt. Brom spielt eine wichtige und
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gefährliche Rolle in der Atmosphärenchemie
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Bromverbindungen, insbesondere die sogenannten Hallone.
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Bromhaltige Verbindungen, die als Feuerlöschmittel eingesetzt
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wurden, haben erheblich zum Abbau der stratosphärischen
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Ozonschicht beigetragen. Die Ozonschicht in der
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Stratosphäre in etwa 15 bis 35 Kilometern Höhe schützt die
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Erdoberfläche vor einem Großteil der ultravioletten Strahlung der
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Sonne. Brom ist in der Stratosphäre
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deutlich effektiver im Ozonabbau als Chlor.
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Ein einzelnes Bromatom kann bis zu 45 mal mehr Ozonmoleküle
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zerstören als ein Chloratom, bevor es selbst deaktiviert
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wird. Der Grund liegt in der Chemie
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der katalytischen Reaktionszyklen durch die
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Halogene Ozon abbauen das Montrealer Protokoll von 1987,
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eines der erfolgreichsten internationalen Umwelt.
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Abkommen der Geschichte regelte den weltweiten Ausstieg aus der
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Produktion ozonabbauender Substanzen, darunter auch
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Hallone. Seitdem hat sich die Ozonschicht
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langsam erholt und Messungen zeigen eine positive
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Trendentwicklung. Dieser Erfolg ist ein
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Paradebeispiel dafür, was internationale Kooperation im
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Bereich des Umweltschutzes leisten kann, wenn politischer
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Wille und wissenschaftliche Erkenntnis zusammenfinden.
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Natürliche Quellen von Brom in der Atmosphäre sind
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meerwasservernebelung, vulkanische Emissionen und die
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biologische Produktion von Methylbromid durch
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Marineorganismen und Böden. Methylbromid ist selbst ein
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ozonabbauendes Gas und unterliegt inzwischen ebenfalls
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internationalen Beschränkungen. Brom ist in vielerlei Hinsicht
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ein Spiegel unserer technologischen Zivilisation.
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Es ist nützlich, in der Medizin, in der Industrie, in der
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Wasseraufbereitung. Es ist unvermeidlich, in unseren
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Meeren, in unseren Körpern, in der Atmosphäre, und es ist
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gefährlich, wenn es unkontrolliert in die Umwelt
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gelangt, wenn es als Waffe eingesetzt wird, wenn es sich in
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Nahrungsketten anreichert. Die Geschichte des Broms zeigt,
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wie Chemisches Wissen und industrielle Nutzung immer
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wieder auf Umweltfolgen gestoßen sind, die zunächst nicht
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absehbar waren. Bromierte Flammschutzmittel
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schützten Menschen vor Bränden und verunreinigten gleichzeitig
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Muttermilch und Arktiseis Hallone retteten Schiffe und
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Flugzeuge vor Bränden und fraßen die Ozonschicht.
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Das ist kein Argument gegen Chemie oder Technologie, aber es
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ist ein Argument für Vorsicht, für Forschung, für Regulierung
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und für internationale Zusammenarbeit.
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Der Erfolg des Montrealer Protokolls zeigt, dass es
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möglich ist, globale Umweltprobleme durch
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koordiniertes politisches Handeln zu lösen.
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Die Ozonschicht erholt sich. Das ist kein Zufall, sondern das
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Ergebnis von Wissenschaft, die gehört wurde und von Politik,
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die gehandelt hat. Die Elemente des Periodensystems
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erzählen uns, wer wir sind und wie wir mit der Welt umgehen,
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die uns trägt. Brom trägt in sich die
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Geschichte des Meeres, aus dem es stammt, es erinnert uns
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daran, dass unsere Erde ein fein austariertes System ist.
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Eine Ozonschicht in Kilometern Höhe, die Leben auf der
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Oberfläche möglich macht, Meeresströmungen, die Bromid um
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den Globus transportieren, Meeresorganismen, die Brom in
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biochemische Kunstwerke verwandeln, das war die heutige
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Wissensreise durch das Periodensystem der Elemente.
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Ich hoffe, die rote Flüssigkeit hat dich fasziniert und
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vielleicht ein wenig in Staunen versetzt über ein Element.
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Das so alltäglich und so außergewöhnlich zugleich ist.
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Wenn dir diese Folge gefallen hat, hinterlasse bitte eine
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Bewertung. Jede Einzelne hilft uns, weitere
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Reisen durch das Periodensystem zu Unternehmen, bis zur nächsten
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Folge.