Бром
Обычно первооткрыватели называли новый химический элемент в честь какого-нибудь мифического персонажа или же в его названии старались отразить некоторое характерное свойство элемента и его соединений, например, цвет или запах. Но часто ли вам попадались случаи, когда кого-то или что-то называли в честь химического элемента? Да, можно привести примеры, когда элемент и чьё-то имя имеют один и тот же общий корень, например: элемент селен и женское имя Селена, имя Арсений и латинское название мышьяка – арсеникум. Но вот случаи, чтобы кто-то назвал, скажем, своего любимого котика молибденом или гадолинием, весьма и весьма редки.
Тем удивительнее, что имя химического элемента из группы галогенов гордо носила одна из любимых такс Антона Павловича Чехова – Бром, а точнее Бром Исаевич, как уважительно величал её великий русский писатель, драматург и немного врач.
Памятник любимым таксам Антона Павловича Чехова: Брому Исаевичу и Хине Марковне. Чеховский район, село Мелихово. Фото: Alex Boss57/Wikimedia Commons CC BY SA 3.0
Кстати, вторую таксу звали Хина Марковна – в честь известного лекарства против малярии, содержащего хинин, а в обиходе называвшегося просто хиной. Учитывая долгие и непростые отношения Чехова с медициной, в такой кличке для собаки нет ничего удивительного. Но почему тогда Бром? Особенно если вспомнить, что в переводе с греческого бром – означает «зловоние». Неужели Бром Исаевич источал настолько дурной дух?
Конечно, мы не можем доподлинно знать, как и почему четвероногим друзьям Чехова были даны такие имена, но учитывая, насколько тепло относился Антон Павлович к своим таксам, позволяя им носиться по комнатам зданий мелиховской усадьбы, вряд ли Брома Исаевича объединяли с бромом греческие корни. А вот отсылка к названию лекарств вполне могла иметь место, тем более что в то время были широко распространены седативные препараты, содержащие бром.
В состав обезболивающих препаратов, выпускавшихся под маркой Bromo-Seltzer, на ранних этапах входил бромид натрия. Фото: Cindy ShebleyFlickr.com CC BY 2.0
Бромиды натрия и калия с середины XIX века и вплоть до века двадцатого использовались в качестве противосудорожных и седативных средств. До изобретения фенобарбитала бромид калия был фактически единственным эффективным препаратом для лечения эпилептических припадков. Однако у бромидов есть один неприятный побочный эффект.
При бесконтрольном потреблении они способны накапливаться в организме и уже сами становятся причиной болезненного состояния, получившего название «бромизм». Из-за этого бромиды постепенно были вытеснены более эффективными и менее опасными веществами, хотя кое-где их и продолжают использовать до сих пор, например, в ветеринарии.
Но если в современной аптечке соединений брома уже не встретишь, то это совсем не означает, что бром ушёл от нас насовсем. Конец двадцатого и уж тем более двадцать первый век ознаменовался обширной экспансией пластика в нашу жизнь – полимеры окружили нас со всех сторон, заметно потеснив привычные нам уже на протяжении столетий материалы вроде металлов, бумаги или тканей.
Но кроме прекрасных технологических свойств, есть у полимеров и своя тёмная сторона, и это не только сотни миллионов тонн пластиковых отходов в мировом океане. Большинство полимеров – это весьма горючие вещества, особенно это касается так называемых «пенопластов», которые широко используются в качестве утеплительных материалов. В результате время от времени мы становимся свидетелями страшных кадров, когда современное вроде бы бетонное здание с утеплёнными навесными фасадами вспыхивает как спичка. Но в таких трагических случаях виноват не только пластик.
Некачественные пластики при пожаре горят и выделяют токсичные вещества. Фото: Alan Levine/Flickr.com
Дело в том, что даже горючий материал можно сделать пожаробезопасным, если добавить в него определённые соединения. Их роль состоит в том, чтобы гасить зарождающееся пламя – не в том смысле, что заливать его водой и лишать доступа кислорода, а на «химическом» уровне, связывая активные частицы, способствующие горению. Такие вещества получили название антипирены.
Если в состав полимерного материала добавить антипиренов, то можно не только снизить горючесть, но и вовсе сделать материал неподвластным огню. По крайней мере, вы уж точно не сможете поджечь его спичками. Одни из распространённых антипиренов – это как раз таки соединения брома.
Добавки этих веществ делают пластики менее горючими, давая тем самым спасительные секунды, а то и минуты, в случае пожара. Хотя у бром-содержащих антипиренов тоже есть свои недостатки. Многие из этих соединений совсем не полезны для здоровья, и от долгого контакта или при неправильном использовании могут нанести вред. Поэтому исследователи стремятся разрабатывать новые композиции, которые сочетают и эффективность в борьбе с огнём, и не представляют опасности для здоровья людей.
Детские автомобильные кресла должны одновременно не гореть и не выделять вредных веществ, поэтому к выбору антипиренов для них нужно подходить очень ответственно. Фото: Chris Scheufele/Flickr.com CC BY-NC-SA 2.0
У брома и некоторых его органических соединений есть ещё одно интересное свойство, на этот раз относящееся больше к физике, чем к химии. Самый обычный бром при комнатной температуре представляет собой бурую жидкость. Что тут необычного, спросите вы? Но из всей Периодической системы, лишь только два элемента в виде простых веществ могут находиться в жидком состоянии при комнатной температуре. Все остальные – либо твёрдые вещества, либо газы.
На всякий случай напомним, что простым называется такое вещество, в состав которого входят атомы только одного типа. Например, газы водород и кислород – это простые вещества, а вот вода, молекулы которой состоят из атомов водорода и кислорода, уже нет. Но кроме того, что бром – жидкость, это ещё очень тяжёлая жидкость или, другими словами, это жидкость с высокой плотностью. Жидкий бром в три раза тяжелее обычной воды, а это значит, что в нём, к примеру, не утонет обычный кирпич.
Высокая плотность у жидкости – весьма ценное свойство, которое используется при переработке добытых минералов. Но чистый бром не подходит для таких целей, потому что он не только химически активен, но ещё и очень ядовит. А вот целый ряд соединений брома с простыми углеводородами хоть и обладает чуть меньшей плотностью, зато намного более безопасны в плане применения.
Бром – одно из двух простых веществ, жидкое при комнатной температуре, а ртуть – второе. Фото: methodshop/Flickr.com CC BY-SA 2.0
А в завершение расскажем, как бром и ещё одно вещество могут помочь нам с хранением электроэнергии. За последние лет двадцать производительность компьютеров сделала просто колоссальный рывок вперёд, сравнимый с переходом от гужевой повозки к космической ракете.
Но если мы посмотрим, как эволюционировали литиевые аккумуляторы, рабочие лошадки всех мобильных и не очень устройств, то разница будет примерно как между телегой и каретой: отличия, конечно, есть, но это всё те же четыре колеса на конной тяге. Поэтому не удивительно, что исследователи всего мира уже давно ищут альтернативные способы хранения и генерации электрической энергии.
Один вариант выхода из «литиевого тупика» – это проточный аккумулятор. Его принцип действия основан на электрохимическом взаимодействии двух разных жидкостей, разделённых мембраной. Через мембрану жидкости обмениваются ионами, например, ионами водорода. А через погружённые в них электроды – электронами.
У этих батарей есть два больших плюса: во-первых, они очень долговечны и могут выдерживать число циклов зарядки и разрядки, недоступное пока большинству других типов аккумуляторов. А во-вторых, быстро «перезарядить» такой аккумулятор можно просто подключив к нему резервуары со свежими реагентами, таким же образом можно и увеличить их суммарную мощность, добавив побольше баков.
Недостатки логичным образом вытекают из достоинств – такие конструкции занимают много места, поэтому мобильными их пока не назовёшь. Но для накопления энергии от солнечных панелей или ветряков подходят самым лучшим образом.
Цинк-бромные проточные аккумуляторы. Фото: Simonhackett/Wikimedia Commons CC BY-SA 4.0
Исследователи из Гарвардского университета несколько лет назад сделали проточный аккумулятор, который работает не на дорогостоящем ванадии, а на более дешёвых броме и хиноне. Наш бром, конечно, экологичным материалом не назовёшь, а вот целый ряд хинонов (это не одно вещество, а целый класс) уже можно выделять из растений, например, из обычного ревеня. Поэтому, если найти безопасный аналог брома, то «зелёный» проточный аккумулятор – не такая уж и фантастика. Вот такой вот интересный путь от Брома с Хиной в чеховской усадьбе, до брома с хиноном в проточном аккумуляторе.
Лабораторный проточный аккумулятор на основе раствора хинона и жидкого брома. Фото: M.J. Aziz/Harvard University.
