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Elemento químico de la tabla periódica con el número atómico 35, el bromo pertenece a la familia de los halógenos. De símbolo químico Br, deriva su nombre del latín “bromus” que significa “hedor” debido a su olor penetrante. Originalmente, fue bautizado “muride” que proviene del latín “muria” y significa “salmuera”. La Academia de Ciencias impuso su nombre actual que deriva del griego antiguo βρῶμος o brômos.
El bromo es conocido por su posible contribución a la degradación de la capa de ozono. De hecho, es posible que esté implicado en el fenómeno de “lluvias de mercurio” actuando como catalizador. La incineración de residuos de diferentes sectores genera emisiones tóxicas a la atmósfera. Asimismo, no existen VLE o Valores Límite de Emisión en lo que respecta a las descargas de aguas residuales. Desde 2013, Francia regula las emisiones de bromo y compuestos inorgánicos gaseosos. La concentración máxima de bromo gaseoso no debe exceder los 5 mg/m³ y el flujo por hora debe ser inferior o igual a 50 g/h.
Incluso antes de que el bromo fuera aislado, el primer rastro del uso de este elemento químico se remonta a la Antigüedad. Es el colorante apodado púrpura de Tiro por los romanos y mencionado en las escrituras sagradas.
P. Friedländer lo analizó en 1909 y reveló el 6,6′-Dibromoindigo. En esa época, este pigmento se producía a partir del caracol Murex brandaris. La elaboración de 1,5 g requería entonces 12.000 insectos.
Carl Löwig fue el primero en aislar el bromo en 1825. El químico alemán lo extrajo de una muestra de agua mineral de Bad Kreuznach. Utilizó dicloro para saturar el agua antes de proceder a su extracción mediante éter dietílico. Sin embargo, Antoine-Jérôme Balard fue el primero en publicar en 1826 la obtención del dibromo haciendo reaccionar dicloro con cenizas de algas marinas. La reacción química es seguida por una destilación.
A la edad de sólo 23 años, Antoine-Jérôme Balard descubrió el bromo tras la cristalización del cloruro de sodio y el sulfato de sodio de los pantanos salados de Montpellier.
Las aguas madres restantes tenían entonces un color amarillo intenso cuando añadió dicloro. Luego, utilizó éter y potasa para extraer una sal de fórmula KBr. Después, la trató con dióxido de manganeso o MnO2 para obtener un líquido de color rojo-marrón, el dibromo. Los químicos Louis-Nicolas Vauquelin, Louis Jacques Thénard y Louis Joseph Gay-Lussac validaron el trabajo del joven científico. Los resultados fueron presentados a la Academia de Ciencias antes de su publicación en los Anales de Química y Física.
Junto con el mercurio, el bromo es el único elemento químico en estado líquido en condiciones normales de temperatura y presión. De color parduzco, este elemento simple existe sólo en forma de dímero: el dibromo. Formado por dos moléculas homonucleares diatómicas, su fórmula química es Br2. Sin embargo, el dibromo nunca se presenta de esta forma en estado natural, sino en forma de bromuro. En los minerales, generalmente se mezcla con la plata para formar bromargirita, también llamada bromuro de plata, y embolita.
Representando sólo el 62º elemento químico de la corteza terrestre, el bromo está poco extendido en ella. Sin embargo, se ha acumulado ampliamente en los océanos. Esto se explica en gran medida por la lixiviación de las rocas, pero también por la solubilidad de diferentes bromuros metálicos. Sin embargo, sigue siendo poco abundante en comparación con el cloro. Con 50.000 ppm de iones bromuro, las aguas del Mar Muerto son las más ricas en bromo. Forman las principales reservas mundiales junto con los yacimientos en Estados Unidos y China.
Este elemento químico ocupa un lugar preponderante en la historia de la química. Al igual que el cloro y el yodo, el bromo ha desempeñado un papel esencial en la comprensión de la estructura de los compuestos orgánicos. Por ejemplo, incluso antes del establecimiento de la tetravalencia del carbono, Jean-Baptiste Dumas ya había formulado su teoría de la sustitución. Así, avanzó la regla de la sustitución de un átomo de hidrógeno por un átomo de halógeno durante el proceso de deshidrogenación por bromo, cloro o yodo.
La oxidación de los iones bromuro por el dicloro está en la base de la producción industrial del dibromo. En América del Norte, la salmuera de Arkansas en Estados Unidos sigue siendo la principal fuente de bromuro. Contiene hasta 5.000 ppm. Por otro lado, las aguas del Mar Muerto constituyen la principal reserva para las naciones europeas. Contienen hasta 6.000 ppm. Francia detuvo en 1998 su producción de bromo a partir de la silvinita de las minas de potasa de Alsacia. Con sólo 65 ppm, las aguas oceánicas siguen siendo una fuente utilizada, pero menor, de bromuro.
El proceso de extracción del dibromo se basa en un principio simple que comprende tres etapas. La primera es la oxidación por dicloro. Luego, para extraerlo de la solución obtenida, se insufla una corriente de aire. La última etapa consiste en condensar y purificar el dibromo. A pesar de su relativa simplicidad, el proceso de extracción requiere el uso de materiales que posean una fuerte resistencia a la oxidación.
Desde principios de los años 2000, Estados Unidos e Israel son los dos mayores productores de bromo en el mundo. Los israelíes poseen un importante yacimiento situado en el Mar Muerto. Los países europeos ocupan el tercer lugar con sólo el 6% de la producción mundial. El mercado mundial del bromo ha experimentado un auge considerable con la diversificación y el aumento de su uso. Este elemento químico entra, en efecto, en la composición de pesticidas, aditivos para combustibles, aceites de perforación o incluso biocidas. Sobre todo, se utiliza como ignífugo en la fabricación de retardantes de llama. El 38% del bromo extraído en todo el mundo sirve hoy para fabricarlos frente a sólo el 5% en los años 1960. En 2000, la producción mundial alcanzó las 540.000 toneladas y continúa creciendo hasta la fecha.
Como el bromo es un agente oxidante fuerte, no es compatible con la mayoría de los compuestos orgánicos e inorgánicos. Por lo tanto, se recomienda tener precaución durante todo su transporte. Los contenedores utilizados son generalmente tanques de acero recubiertos de plomo y reforzados por marcos metálicos resistentes.
En Estados Unidos, el bromo es considerado como “sustancia extremadamente peligrosa”. Entra en la clasificación según la sección 302 de la regulación sobre planificación de emergencia y el derecho a saber (42 USC 11002). Dicho de otro modo, toda empresa que lo produce, utiliza o almacena en gran cantidad está sometida a estrictas restricciones en materia de informes.
El bromo tiene una masa atómica estándar de 79,904(1) u. Hasta la fecha, sus isótopos conocidos son 32. Su número de masa varía entre 66 y 97. Sólo dos de ellos son estables. Se trata del bromo 79 y el bromo 81 que forman la totalidad del bromo natural en un 50,69% y un 49,31% respectivamente. En cambio, el bromo 77 es el radioisótopo con la vida media más larga. Su vida media se estima en 57,036 horas. Este elemento químico también posee 13 isómeros nucleares.
La densidad del dibromo es superior a 3. En comparación con diferentes líquidos usuales, este valor es elevado. Sin embargo, es notablemente menor comparado con el del mercurio que se aproxima a 13,6. Por debajo de 55 GPa, es tóxico, pero no metálico. A temperatura ordinaria, es volátil. Emite entonces vapores rojizos comparables con el dióxido de nitrógeno. Asimismo, produce un olor sofocante que se asemeja al del dicloro.
A temperatura ambiente, el dibromo y el mercurio son los únicos cuerpos simples líquidos. Su punto de fusión se sitúa en -7,2°C o 265,8 K, mientras que su punto de ebullición es sólo de 58,8°C o 332 K. En otras palabras, se congela fácilmente en un ambiente frío y hierve a una temperatura no muy elevada. Esto se debe a que las interacciones entre sus moléculas son poco atractivas. Se denominan interacciones de van der Waals.
El dibromo posee un potencial redox (E°) de 1,07 V. Por ello, es menos oxidante que el dicloro (Cl2/Cl−) con un potencial redox de 1,36 V. Sin embargo, lo es más que el diyodo (I2/I–) que está dotado de un potencial redox de 0,54 V.
Tiene la capacidad de reaccionar con otros cuerpos simples. Por ejemplo, reacciona con diferentes metales para dar sales como el bromuro de hierro y el bromuro de sodio.
Por otra parte, el dibromo forma parte de los pocos elementos que forman una molécula diatómica como el dioxígeno u O2 y el dinitrógeno o N2. Por lo tanto, puede reaccionar con la mayoría de los compuestos orgánicos.
En cuanto a la solubilidad en agua, el dibromo es ampliamente más soluble que cualquier otro dihalógeno. Es de 0,214 mol.L−1, es decir 35 g/l. Según la ley de Henry, cuanto más concentrada está el “agua de bromo”, es decir, la solución de dibromo en agua, más produce vapor de dibromo. Con un pH del orden de 2,6 a una concentración elevada, es ligeramente ácida. El dibromo también puede ser disuelto en diferentes solventes orgánicos.
El bromo, como elemento químico, interviene en la formación de compuestos interhalogenados como BrF, BrF3, BrCl e IBr. Los dihalógenos interactúan directamente entre ellos en la buena estequiometría. En el caso de los compuestos interhalogenados como BrF3, el bromo sigue siendo el átomo central. Su geometría corresponde a la indicada por la teoría RPECV. También existen aniones interhalogenados llamados polihalogenuros como BrF6–.
Otra propiedad del dibromo es formar cationes dibrominio Br2+ y Br5+ en un medio altamente oxidante. Al igual que el ion triyoduro I3–, también se transforma en tribromuro Br3– en presencia de iones bromuro en el agua. Colocado en medio acuoso básico, se convierte en iones bromuro Br– e iones bromato BrO3–. Además del tribromuro y los iones bromato, otras entidades coexisten en el agua como Br3-, HBrO, BrO– y HBrO3.
La adición de una solución de bromuro de sodio y una solución de nitrato de plata constituye también una reacción clásica, ya sea en química analítica cuantitativa o en química analítica cualitativa. El resultado es la precipitación de bromuro de plata de fórmula AgBr. Comparado con su homólogo yoduro de plata o AgI, es mucho más soluble. En cambio, lo es menos en comparación con el cloruro de plata o AgCl.
A diferencia del bromo en estado puro, el ion bromuro no es considerado neurotóxico ni disruptor endocrino. Este elemento desempeñaría incluso un papel primordial en la arquitectura de la membrana basal y el desarrollo tisular en el reino animal. Según los resultados de un estudio publicado en 2014, sería indispensable para la biosíntesis del colágeno IV. Sin embargo, hasta la fecha no se ha informado de ningún síntoma ni síndrome de privación.
El ion bromuro interviene en otras funciones biológicas. Sin ser un factor esencial, este elemento tiene efectos beneficiosos cuando sustituye al cloro. Por ejemplo, la peroxidasa eosinófila permite a los eosinófilos luchar eficazmente contra los parásitos multicelulares y las bacterias responsables de diversas enfermedades como la filariasis y la tuberculosis. Se trata de una haloperoxidasa formada por los eosinófilos y los iones bromuro en presencia de peróxido de hidrógeno o H2O2. Aunque es posible utilizar iones cloruro para este fin, siempre se privilegia el bromuro. Esto genera ácido hipobromoso o hipobromito.
En cambio, la mieloperoxidasa de neutrófilos presenta un riesgo para la salud. Como es susceptible de utilizar desoxicitidina, peróxido de hidrógeno y bromato, podría ser el origen de mutaciones genéticas. De igual manera, los α-haloésteres, que son muy reactivos, son considerados como tóxicos en síntesis orgánica. Sin embargo, se encuentran trazas resultantes de la biosíntesis en el líquido cefalorraquídeo de ciertos mamíferos como los humanos y los gatos. Tal es el caso del α-bromoéster que intervendría en la aparición del sueño paradójico. No obstante, su verdadero papel aún queda por aclarar.
Siendo tóxico y corrosivo, el bromo elemental causa en el hombre quemaduras químicas, tanto en la piel y las mucosas como en la carne. También se desaconseja inhalarlo en forma de vapor o gas. Más allá de cierto umbral, la inhalación puede provocar asfixia y conducir a la muerte. Por debajo, irrita las vías respiratorias. Las irritaciones se manifiestan por tos. Además, hay que tener cuidado con la exposición repetida o prolongada. Esto aumenta los riesgos de infecciones bronquiales y de deterioro del estado de salud en general.
Más precisamente, el límite de exposición admisible o PEL a un promedio ponderado en el tiempo o TWA se fija en 0,1 ppm. Este valor ha sido definido por la Administración de Seguridad y Salud Ocupacional u OSHA en Estados Unidos. Ha sido reforzado por el Instituto Nacional para la Seguridad y Salud en el Trabajo o NIOSH con un límite de exposición recomendado o REL de 0,1 ppm y una limitación de 0,3 ppm a corto plazo. Por encima de 3 ppm, la exposición al bromo se considera inmediatamente peligrosa para la vida y la salud.
Comparado con el bromo elemental, el bromuro es poco tóxico. Sin embargo, su aporte diario no debe exceder los 8 mg, según Nielsen. Una exposición crónica al bromuro a un nivel elevado es susceptible de degradar la membrana de las neuronas. A largo plazo, induce una intoxicación crónica llamada bromismo que resulta de la progresiva obstrucción de la transmisión del impulso nervioso.
Como la vida media de eliminación del bromuro se estima entre 9 y 12 días, una exposición prolongada presenta un riesgo de acumulación excesiva. Así, 0,5 a 1 g por día de bromuro durante un largo período puede causar bromismo. Esto se explica principalmente por la neurotoxicidad del bromo que provoca somnolencia y convulsiones, pero también psicosis y delirio. Sin embargo, las muertes después de una intoxicación aguda siguen siendo raras hasta la fecha. Sólo se han reportado perturbaciones importantes, incluso graves, de diversas funciones como la función neurológica y la función dermatológica.
Según un estudio realizado por Mireia Gascon en 2011, ciertos productos bromados persistentes están asociados con la aparición de dificultades en el neurodesarrollo. Estas son consecuencia de una exposición prenatal o postnatal. Así, conciernen tanto al feto como al niño de 0 a 48 meses. Los productos incriminados son utilizados como retardantes de llama de tipo polibromodifeniléteres o PBDEs. Agrupan 209 compuestos químicos cuyo uso como agente ignífugo fue muy extendido entre 1990 y 2010. En los años 1970 y 1980, también se utilizaron en cantidades masivas para las perforaciones de petróleo.
En 2013, otro equipo de investigadores puso en evidencia el riesgo de trastornos del espectro autista en niños cuya madre sufrió hipotiroidismo durante el primer trimestre de embarazo. Ahora bien, como disruptor endocrino, el bromo es una de las causas probables de hipotiroidismo. Como este elemento químico es un halógeno próximo al yodo, puede reemplazarlo a nivel del sistema tiroideo.
Otros estudios publicados en 2014 y 2015 establecieron el carácter nocivo de los difeniléteres polibromados. Impactan el neurodesarrollo de los niños de 9 a 12 años y la edad de aparición de la pubertad en los adolescentes. Luego, en 2016, se admitió que ciertos trastornos del espectro autista y retrasos mentales son consecuencia de disfunciones endocrinas. Ocurrieron durante el embarazo o en el nacimiento y afectan principalmente al eje tiroideo. La severidad de los síntomas sería proporcional a la deficiencia de yodo.
Esta correlación confirma los vínculos descubiertos en 2012 y 2013 mediante dos estudios realizados en ratones. El primero se llevó a cabo en ratones genéticamente modificados. La mutación del gen MECP2 del cromosoma X condujo al desarrollo de un trastorno comparable al síndrome de Rett. Cuando fueron expuestos a un PBDE, más precisamente el BDE-47, dieron a luz crías que sufrían déficits de sociabilidad y aprendizaje. El segundo puso de relieve la neurotoxicidad de los PBDEs, incluso a dosis bajas. Los investigadores indujeron lesiones cerebrales en ratones. Utilizaron BDP-49, otro PBDE, para inhibir el proceso de producción de ATP mitocondrial. Lo que privó de energía a las células del cerebro.
Una exposición a los PBDEs, ya sea in utero o en la infancia, tiene efectos neurotóxicos comprobados. Se manifiestan por trastornos del desarrollo, en particular en los niños pequeños varones. En efecto, las niñas pequeñas no parecen verse afectadas. Un estudio realizado en 208 niños de 8 años evidenció particularmente una degradación de la función ejecutiva. Lo que se traduce en trastornos del comportamiento, pero también de la atención.
El estudio se centró en una evaluación de los efectos de una exposición simultánea a ciertos PBDEs. Se concluyó que concentraciones prenatales elevadas generan una disminución de los niveles de TSH a los 3 años. Este fenómeno ya ha sido constatado anteriormente en animales de laboratorio. Como recordatorio, siendo el principal regulador de la tiroides, la TSH o Hormona Estimulante de la Tiroides, asegura el equilibrio de las hormonas tiroideas en la sangre.
Los rastros de una exposición a PBDEs durante el embarazo se han encontrado en el cordón umbilical del recién nacido. La medición de los ignífugos se realizó justo después del nacimiento. Ahora bien, estas sustancias tienen la capacidad de pasar a través de la barrera placentaria que protege al feto. Lo que no es sin consecuencia sobre el desarrollo motor del niño, incluso algunos años más tarde.
Otro estudio llevado a cabo en 2019 confirma este riesgo mayor en los niños pequeños varones. Los niños que tenían rastros de PBDEs en su cordón umbilical fueron seguidos en diferentes etapas de su crecimiento: 2, 3, 5, 7 y 9 años. Se observó que los efectos nocivos persisten incluso hasta la adolescencia. Afectan tanto la memoria verbal y visual como la memoria de trabajo. Los resultados de las pruebas mostraron pérdidas de 5 a 8 puntos.
Los compuestos organobromados provienen esencialmente de organismos marinos. La mayoría de las veces se forman bajo la acción de una enzima llamada vanadio bromoperoxidasa que es secretada por algas. Existen más de 1.600 compuestos organobromados, de los cuales el más extendido es el bromuro de metilo de fórmula CH3Br. Las algas marinas producen más de 55.000 toneladas al año.
Desde su descubrimiento hasta la fecha, el bromo ha sido objeto de usos variados.
El tratamiento del agua de piscinas forma parte de los más extendidos y de los más conocidos por el gran público. Además de la desinfección del agua de baño, ha sido utilizado durante mucho tiempo como pesticida en fumigación. En forma de bromuro de metilo, permitía tratar los cultivos en invernadero. Sin embargo, su prohibición ha sido recientemente pronunciada debido a su fuerte ecotoxicidad.
Por un lado, se trata de un gas de efecto invernadero que contribuye al cambio climático. Por otro lado, reacciona con las moléculas de ozono. Siendo 45 veces más reactivo que el cloro, está clasificado como un destructor de la capa de ozono.
La fotografía argéntica es otro uso entre los más antiguos del bromo, más precisamente del bromuro de plata. Se remonta a casi dos siglos, a principios de los años 1840. El procedimiento consumía entonces mucho de este elemento químico. Sin embargo, con los progresos de la tecnología, ha perdido progresivamente importancia. Hoy, está ampliamente superado por la fotografía digital.
El bromo también fue utilizado muy temprano en el campo de la medicina en forma de bromuro de potasio o KBr. Desde 1857, ha sido administrado a pacientes que sufren epilepsia como sedante y anticonvulsivante. Además, el ejército lo usó para inhibir los deseos sexuales de los soldados que parten en operación o viven en la promiscuidad. Como recordatorio, tiene propiedades de disruptor endocrino.
Desde los años 1960, el uso del bromo como agente ignífugo en retardantes de llama ha aumentado fuertemente. Así, ha entrado en la composición de productos corrientes como aislantes, materiales plásticos y textiles. La consideración de su ecotoxicidad ha tomado enormemente tiempo, en particular en Estados Unidos. Hoy, en forma de PBDE, está clasificado entre los contaminantes del medio ambiente. Muchos animales filtradores, pero también depredadores, están contaminados. Para algunos, incluso en bajo porcentaje, es factor de pérdida de material genético durante la espermatogénesis y responsable de discapacidad mental.
Hoy en día, buen número de productos contienen aún un átomo de bromo. Es posible encontrarlo en productos capilares, colorantes, lámparas halógenas y extintores. Incluso se encuentran trazas de dibromo en la atmósfera. Provienen del halón, un gas liberado durante la utilización de un extintor o durante la transformación de diferentes productos agrícolas.
Los compuestos inorgánicos del bromo existen en diversas formas. En sentido estricto, son bromuros que contienen el anión Br–. Otros bromuros se presentan en forma de compuestos moleculares como el bromuro de azufre. Compuestos de bromo también tienen números de oxidación diferentes de –I. Forman parte de ellos los oxoaniones y sus ácidos, así como los compuestos interhalogenados.
Son calificados de bromuros iónicos los bromuros que contienen un elemento bromo presente a título de ion individual Br–. Dicho de otro modo, ningún enlace covalente lo une a un vecino.
En condiciones normales de presión y temperatura, los bromuros metálicos están en estado sólido. Su color depende del color del ion metálico. Existen numerosos bromuros de este tipo como el bromuro de sodio y el bromuro de cobre.
El ion bromuro interviene a menudo también como contraión de iones complejos. Por ejemplo, el bromuro de demecario actúa como un inhibidor de la acetilcolinesterasa.
Son calificados de moleculares los bromuros cuyos átomos que los componen están unidos entre sí por un enlace covalente. La mayoría de las veces, está polarizado.
De fórmula HBr, el bromuro de hidrógeno está en estado gaseoso en condiciones normales de presión y temperatura. En términos estructurales, se asemeja al cloruro de hidrógeno o HCl. Fuerte en agua, el ácido bromhídrico es su solución acuosa.
Un gran número de compuestos de bromo proviene de un ácido mineral. El bromo reemplaza entonces el grupo de átomos OH. Por ejemplo, el bromuro de tionilo o SOBr2 deriva del ácido sulfuroso y el bromuro de sulfurilo o SO2Br2 del ácido sulfúrico. Por sustitución del grupo OH, el ácido fosforoso y el ácido fosfórico también dan respectivamente tribromuro de fósforo o PBr3 y pentabromuro de fósforo o PBr5.
Como su nombre indica, los compuestos interhalogenados contienen únicamente átomos de halógenos. Generalmente, estos compuestos moleculares se obtienen gracias a la interacción directa de dos dihalógenos como Br2 y Cl2. El bromo puede asociarse a otros átomos para formar compuestos interhalogenados como BrF, BrF3, BrF5, BrCl, IBr e IBr5.
Teniendo una estructura idéntica al sulfuro de hidrógeno o H2S, el bromuro de azufre SBr2 se presenta en forma de líquido de color naranja-rojo.
Los oxoaniones son aniones oxigenados que pueden existir en diferentes grados de oxidación: +I, +III, +V o +VII. Por ello, se distingue el ion hipobromito o BrO–, el bromito o BrO2–, el bromato o BrO3– y el perbromato o BrO4–.
El ion hipobromito confiere al bromo su carácter bactericida. Esta característica es utilizada para esterilizar el agua con dibromo. En cuanto al ion bromato, es mayoritario en agua en medio básico. Finalmente, la síntesis del ion perbromato es más tardía. Se obtuvo en 1968 por radioquímica, y luego en 1969 mediante un método químico.
Los aniones oxigenados son bases. Cuanto más se encuentra el bromo en un estado de oxidación elevado, más fuerte es su ácido conjugado. Por ejemplo, los ácidos brómico o HBrO3 y perbrómico o HBrO4 están clasificados como ácidos fuertes.
El bromo entra en la composición de numerosos compuestos orgánicos. Estos compuestos bromados orgánicos son similares a sus homólogos clorados desde un punto de vista estructural. Por ejemplo, el bromuro de acetilo o CH3COBr y el cloruro de acetilo o CH3COCl son estructuralmente idénticos. El primero es derivado del ácido etanoico.
Algunos compuestos orgánicos que contienen bromo son o han sido utilizados en las industrias:
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