Brom

Der Erste, der das spätere Brom entdeckte, war 1825 Justus von Liebig bei der Untersuchung von Solewasser aus Bad Kreuznach. Er erkannte jedoch nicht, dass er ein unbekanntes Element vor sich hatte und hielt es für Iodchlorid.^[15][16]

Das Element wurde 1826 durch den französischen Chemiker Antoine-Jérôme Balard aus Meeresalgen der Salzwiesen bei Montpellier gewonnen und von diesem als bisher unbekannter Stoff erkannt. Sein erster Namensvorschlag war muride, wurde dann aber entweder von Balard selbst auf Vorschlag seines Lehrers Joseph Anglada^[17] oder von einer Kommission der Académie des sciences, bestehend aus Joseph Louis Gay-Lussac, Louis-Nicolas Vauquelin und Louis Jacques Thénard in Brom geändert.^[18][19] Dieser leitet sich von βρῶμος „Gestank“ ab, da das Element einen stechenden Geruch besitzt.^[20]

Gleichzeitig mit Balard untersuchte auch Carl Löwig Bad Kreuznacher Solewasser und entdeckte darin Brom. Da er seine Ergebnisse erst 1827 nach Balard publizierte, gilt dieser als Entdecker des Broms.^[21]

Eine erste kommerzielle Fabrik zur Herstellung von Brom aus Salzsole wurde 1846 von David Alter in Freeport (Pennsylvania) errichtet.^[22] Es wurde unter anderem für Daguerreotypien verwendet. 1853 zeigte er größere Mengen Brom auf der Exhibition of the Industry of All Nations in New York.^[23]

Brom ist auf der Erde ein seltenes Element, dessen größte Menge in Meerwasser enthalten ist. In Gesteinen und Mineralen der Erdkruste wie Amphibol, Biotit oder Serpentin kommt es dagegen nur in Spuren vor. Über die Geochemie des Broms im Erdmantel ist wenig bekannt, wahrscheinlich ist es ein inkompatibles Element, das sich in Lava löst. Brom wird bei Vulkanausbrüchen in größeren Mengen ausgestoßen. Als gut wasserlösliches Element reichert es sich im Porenwasser von Gesteinen an.^[24]

Bromid zählt neben Chlorid, Sulfat, Hydrogencarbonat und Borat zu den wichtigsten anionischen Nebenbestandteilen im Meerwasser. Der Gehalt von Bromid im Meerwasser der offenen Ozeane beträgt 67 ppm (Chlorid 19.353 ppm) mit einem sehr konstanten Verhältnis der beiden Ionen. Verdunstet Meerwasser in aridem Klima an geeigneten Stellen, bilden sich Evaporite. Diese sind stark bromidhaltig, jedoch bildet Brom bei der Kristallisation keine eigenen Minerale, stattdessen ist das Element in die Strukturen verschiedener Chlorid-Minerale eingebaut. Halit enthält dabei verhältnismäßig wenig Bromid, dagegen ist die Konzentration in den Kalium- und Magnesiumchloriden Sylvin, Carnallit und Kainit erhöht.^[25][26] Eine besonders hohe Konzentration an Bromid findet sich im Toten Meer. Dieses enthält Bromidgehalte von 5200 ppm und ein ungewöhnlich niedriges Chlorid-Bromid-Verhältnis von 42 (Meerwasser etwa 300). Auch die Bromidkonzentration des Jordans und des Grundwassers in der Umgebung des Toten Meers sind deutlich erhöht. Verantwortlich hierfür sind wahrscheinlich bromidhaltige Ölschiefervorkommen in Jordanien.^[27]

Es kommen nur wenige sehr seltene Bromminerale in der Natur vor. Einzige Ausnahme ist Bromargyrit, AgBr, das häufiger als Sekundärmineral in Silbervorkommen zu finden ist.^[28] Dies liegt daran, dass Silberbromid eines der wenigen schwerlöslichen Bromidsalze ist. Insgesamt sind 10 Bromminerale bekannt.^[29]

In der Atmosphäre sind geringe Mengen Bromverbindungen enthalten, wobei Methylbromid die häufigste ist. Die wichtigste Quelle und Senke für Methylbromid sind die Ozeane.^[30] Andere Quellen sind die Verbrennung von Biomasse und Biokraftstoffen sowie die Landwirtschaft. Es wurden auch größere Mengen Methylbromid durch die Verbrennung von verbleitem Benzin und die Begasung von Containern zur Schädlingsbekämpfung freigesetzt.^[31][32] Auch in den Gasen von Vulkanausbrüchen sind größere Mengen Bromverbindungen wie Bromwasserstoff enthalten.^[33] Aus den verschiedenen Bromverbindungen entstehen photolytisch Brom-Radikale. Diese sind in der Atmosphärenchemie relevant, da sie katalytisch Ozon abbauen.^[34] Dabei wirkt Brom beim Ozonabbau Berechnungen zufolge etwa 45 mal stärker als Chlor.^[35]

Der Ozonabbau durch Brom findet nicht nur in höheren Luftschichten, sondern auch am Boden statt. Frieren die arktischen und antarktischen Meere schnell zu, bildet sich stark bromhaltiges Meereis und insbesondere Meereisblumen. Sobald im Frühjahr Sonnenlicht auf diese fällt, entstehen große Mengen Bromradikale, die das bodennahe Ozon praktisch vollständig abbauen. Dieses Phänomen wird auch Brom-Explosion genannt.^[36][37]

Ausgangsstoffe für die Herstellung von Brom sind entweder Meerwasser oder stark bromidhaltige Solen, die entweder natürlich vorkommen oder als Abfallstoff bei anderen Prozessen abfallen. Je nach Konzentration des Bromids werden unterschiedliche Verfahren zur Herstellung von Brom eingesetzt.

Das industriell am meisten eingesetzte Verfahren ist das Air-blow-out-Verfahren (auch Kaltentbromung^[38]), der auch bei niedrigen Bromidkonzentrationen wie etwa im Meerwasser eingesetzt werden kann.^[39] Dazu wird das Meerwasser mit Schwefelsäure auf einen pH-Wert von 3,5 angesäuert, damit eine Disproportionierung des Broms nicht mehr möglich ist und Chlor durchgeleitet. Dieses oxidiert das im Wasser enthaltene Bromid zu Brom.^[40.1]

${\displaystyle {\ce {2 Br- + Cl2 -> Br2 + 2 Cl-}}}$

Anschließend wird in sogenannten Ausblastürmen Luft durch die Lösung geblasen und das Brom sowie ebenfalls entstandenes Bromchlorid ausgetrieben. Brom und Bromchlorid werden in einer Natriumcarbonat-Lösung aufgefangen. Dabei erfolgt eine Disproportionierung zu Natriumbromat und Natriumbromid.^[40.1]

${\displaystyle {\ce {3 Na2CO3 + 2 Br2 + BrCl -> NaBrO3 + 4 NaBr + NaCl + 2 CO2}}}$

Durch Reaktion mit Schwefelsäure kann das Brom wiedergewonnen werden.^[40.1]

${\displaystyle {\ce {NaBrO3 + 5 NaBr + 3 H2SO4 -> 3Br2 + 3 NaSO4 + 3H2O}}}$

In einer Alternative kann anstatt Natriumcarbonat auch Schwefeldioxid verwendet werden, wobei Bromwasserstoff entsteht.^[40.1]

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

Ein Nachteil dieses Verfahrens ist der notwendige hohe Energieeinsatz.^[39]

Bei stark bromidhaltigen Solen, die mindestens 2–5 g Bromid enthalten, wird das sehr effiziente Dampfdestillations-Verfahren (auch Heißentbromung^[38]) eingesetzt.^[39] Dazu wird das Ausgangsmaterial in einem Wärmetauscher erhitzt und ebenfalls Chlor durchgeleitet, das das Bromid zum elementaren Brom oxidiert. Nun wird Wasserdampf durch die Lösung geleitet, womit Brom und Chlor mit dem Dampf ausgetrieben werden. Beim Abkühlen kondensieren Wasser und Brom und trennen sich. Über eine Kolonne kann das Brom weiter gereinigt werden, während das in der wässrigen Phase verbliebene Brom und Chlor im Kreislauf gehalten wird.^[40.2] Auf diese Weise können über 95 % des ursprünglich enthaltenen Bromids zu Brom umgesetzt werden.^[38]

Durch fraktionierte Destillation und mehrstündiges Erhitzen auf 50 °C kann der Chlor- und Wassergehalt reduziert werden. Halogenkohlenwasserstoffe wie Chloroform werden zerstört, indem Bromdampf und Sauerstoff durch ein mit Quarzglas gefülltes und auf 1000 °C erhitztes Rohr geleitet werden. Organische Verunreinigungen werden durch Destillation mit konzentrierter Schwefelsäure abgetrennt, diese entfernt auch restliche Feuchtigkeit.^[40.3]

Weitere Verfahren zur Bromherstellung sind Ionenaustauschverfahren, bei denen Bromid selektiv an spezielle Harze bindet, danach eluiert und oxidiert wird, Membrantechnologien, bei denen semipermeable Membranen eingesetzt werden, die entweder nur für Brom durchlässig sind oder dieses zurückhalten und so konzentrieren sowie die elektrochemische Oxidation, durch die Bromid selektiv oxidiert werden kann.^[39]

Im Labor können kleinere Brommengen durch Reaktion von Kaliumbromid mit Mangan(IV)-oxid und Schwefelsäure dargestellt werden.^[41]

${\displaystyle {\ce {4 KBr + MnO2 + 2 H2SO4 -> Br2 + MnBr2 + 2 K2SO4 + 2 H2O}}}$

Etwa 20 % der derzeitigen Bromproduktion stammen aus der Meerwasserentsalzung. Um die Produktion aus Meerwasser wirtschaftlicher zu gestalten, könnte es sinnvoll sein, die mit der Gewinnung anderer wichtiger Rohstoffe wie Lithium oder Rubidium zu koppeln.^[39] Eine weitere potentielle Quelle für Brom sind Leiterplatten-Abfälle aus der Elektronikindustrie, die bis zu 15 % organische Bromide enthalten, die beim Schmelzen zu Brom und Bromwasserstoff reagieren.^[42]

Die wichtigsten Produktionsländer für Brom sind Israel und Jordanien, die das stark bromhaltige Wasser des Toten Meeres verarbeiten, China und die Vereinigten Staaten.^[43] In China werden vor allem stark bromhaltige unterirdische Solen in der Laizhou-Bucht in Shandong ausgebeutet, da jedoch der Bromgehalt der Solen jährlich um 5–10 % abnimmt, importiert China zunehmend Ausgangsstoffe für die Bromindustrie aus den Vereinigten Staaten, Israel und Russland.^[42] Die Vereinigten Staaten nutzen vor allem Solen aus der Smackover-Formation in Arkansas, die Bromidkonzentrationen von 4000–4600 ppm aufweisen.^[43] Weitere Bromproduzenten sind Japan, die Ukraine und Indien.^[44] Bis Mitte der 2010er Jahre wurde Brom auch in Deutschland hergestellt, inzwischen jedoch nicht mehr.^[45] Auch andere Fabriken zur Produktion von Brom in der Europäischen Union wurden geschlossen, so 2004 eine Fabrik in Amlwch in Wales^[46], 2010 ein Werk in Port-de-Bouc in Frankreich.^[47]

Weitere Informationen Land ...

Land	2025[44]	2020[48]	2015[43]	2010[49]	2005[50]	2000[51]	1995[52]	1990[53]	1985[54]	1980[55]
Israel Israel	200.000	170.000	115.583	184.696	207.048	210.000	130.000	130.000	100.000	44.100
Jordanien Jordanien	110.000	84.000	100.000	50.000	89.785	--	--	--	--	--
China Volksrepublik Volksrepublik China	90.000	70.000	86.400	100.000	104.500	42.000	32.700	8080	--	--
Vereinigte Staaten Vereinigte Staaten	n. a.	n. a.	n. a.	n. a.	226.000	228.000	218.000	177.000	145.000	171.700
Japan Japan	20.000	20.000	20.000	25.000	20.000	20.000	15.000	15.000	12.000	12.000
Indien Indien	7000	3300	2400	1600	1500	1500	1500	1300	1083	334
Ukraine Ukraine/Sowjetunion Sowjetunion	6000	4500	4060	4100	1878	3000	3500	25.000	70.000	67.200
Deutschland Deutschland	--	--	--	1500	274	500	n. a.	1500	3077	4010
Frankreich Frankreich	--	--	--	--	--	2000	2260	3100	20.000	16.500
Vereinigtes Konigreich Vereinigtes Königreich	--	--	--	--	--	32.000	26.200	28.000	29.850	26.400
gesamt (gerundet)	430.000	352.000	329.000	371.000	654.000	542.000	432.000	390.000	381.960	343.000
Menge in Tonnen, n. a. = nicht angegeben, Ukraine bis 1990 Teil der Sowjetunion, Werte von 2025 geschätzt

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• Chemisches Polieren von Galliumarsenid (als Lösung in Methanol)
• Flammschutzmittel (früher u. a. polybromierte Biphenyle und polybromierte Diphenylether) in Verbundwerkstoffen wie FR-4, wie sie bei Leiterplatten eingesetzt werden. Im Jahr 2000 wurden 38 % des Broms für die Herstellung von bromierten Flammschutzmitteln verwendet.^[59]
• Methylbromid als Schädlingsbekämpfungsmittel
• Desinfektionsmittel (milder als Chlor)
• in Form von Bromiden, beispielsweise Kaliumbromid, als nebenwirkungsreiches Arzneimittel (Narkose-, Beruhigungs- und Schlafmittel; Behandlung therapieresistenter Epilepsien mit generalisiert tonisch-klonischen Anfällen, früher – etwa auch zur Behandlung der „Hysterie“^[60] – sehr beliebt; heute obsolet). 1928 wurde eins von fünf Rezepten in den USA für bromhaltige Medikamente ausgestellt.^[61]
• Fotoindustrie (Silberbromid als Bestandteil der lichtempfindlichen Suspension)
• Alkali-Hypobromite als Bleichmittel
• im Labor als Indikator (ungesättigte Kohlenstoffverbindungen entfärben Bromwasser, d. h. Addition von Brom)
• im Chemieunterricht zur experimentellen Veranschaulichung von Additionsreaktionen und Substitutionsreaktionen^[62]
• Bromate als Oxidationsmittel
• bromhaltiger Kautschuk zur Herstellung „luftdichter“ Reifen
• Tränengas, z. B. in Form von Monobromaceton
• in Mitteln zum Schutz gegen das Nervengas Soman bei US-Soldaten im Irak-Krieg
• Früher in Form von Alkylbromiden als Scavenger zum Entfernen des Bleis aus Zylindern bei der Nutzung von verbleitem Benzin

Brom ist für Tiere in Spuren essenziell. Bromid fungiert als Cofaktor bei einer Stoffwechsel-Reaktion, die notwendig zum Aufbau der Kollagen-IV-Matrix im Bindegewebe ist.^[63]

Bromidionen können qualitativ mit Hilfe von Chlorwasser und Hexan nachgewiesen werden.

Zum nasschemischen Nachweis der Bromidionen kann man sich auch wie bei den anderen Nachweisreaktionen für Halogenide die Schwerlöslichkeit des Silbersalzes von Bromid zu Nutze machen. Das Gleiche gilt für die volumetrische Bestimmung der Halogenide durch Titration.

Zur Spurenbestimmung und Speziierung von Bromid und Bromat wird die Ionenchromatografie eingesetzt. In der Polarografie ergibt Bromat eine kathodische Stufe bei −1,78 V (gegen SCE, in 0,1 mol/l KCl), wobei es zum Bromid reduziert wird. Mittels Differenzpulspolarografie können auch Bromatspuren erfasst werden.

Elementares Brom ist sehr giftig und stark ätzend, Hautkontakt führt zu schwer heilenden Verätzungen. Inhalierte Bromdämpfe führen zu Atemnot, Lungenentzündung und Lungenödem. Auch auf Wasserorganismen wirkt Brom giftig.

Im Labor wird beim Arbeiten mit Brom meist eine dreiprozentige Natriumthiosulfatlösung bereitgestellt, da sie verschüttetes Brom oder Bromwasserstoff sehr gut binden kann. Hierbei bilden sich Natriumbromid, elementarer Schwefel und Schwefelsäure. Durch die entstehende Säure kann weiteres Thiosulfat zu Schwefel und Schwefeldioxid zerfallen:

${\displaystyle \mathrm {Br_{2}\ +\ Na_{2}S_{2}O_{3}\ +\ H_{2}O\longrightarrow 2\ NaBr\ +\ S\downarrow \ +\ H_{2}SO_{4}} }$

${\displaystyle \mathrm {S_{2}O_{3}^{2-}\ +\ 2\ H^{+}\longrightarrow H_{2}O\ +\ S\downarrow \ +\ SO_{2}\uparrow } }$

Die Aufbewahrung von Brom erfolgt in Behältern aus Glas, Blei, Monel, Nickel oder Teflon.^[7]

→ Kategorie: Bromverbindung

Brom bildet Verbindungen in verschiedenen Oxidationsstufen von −1 bis +7. Die stabilste und häufigste Oxidationsstufe ist dabei −1, die höheren werden nur in Verbindungen mit den elektronegativeren Elementen Sauerstoff, Fluor und Chlor gebildet. Dabei sind die ungeraden Oxidationsstufen +1, +3, +5 und +7 stabiler als die geraden.

• A. F. Holleman, E. Wiberg, N. Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 102. Auflage. Walter de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1, S. 438–440.

Wiktionary: Brom – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Commons: Brom – Album mit Bildern, Videos und Audiodateien

• T. Seilnacht, E. Täuscher, D. Weiß: Pro und Contra-Brom an Schulen. Nachrichten aus der Chemie, September 2015