ไฮโดรเจนโบรไมด์

ไฮโดรเจนโบรไมด์ (แม่แบบ:Langx) มีสูตรเคมีว่า HBr เป็นสารประกอบอนินทรีย์ชนิดหนึ่ง ซึ่งโมเลกุลประกอบขึ้นจากธาตุสองตัว ได้แก่ ไฮโดรเจน และโบรมีน ไฮโดรเจนโบรไมด์มีสถานะเป็นแก๊สที่ภาวะมาตรฐาน และเมื่อนำไปผสมน้ำจะได้เป็นกรดไฮโดรโบรมิก ในทางกลับกันเราสามารถสกัดเอาไฮโดรเจนโบรไมด์ออกจากสารละลายดังกล่าวได้ โดยการเติมตัวดูดความชื้น (dehydration agent) เพื่อไล่น้ำออก แต่ไม่สามารถแยกได้โดยการกลั่น ถือได้ว่าไฮโดรเจนโบรไมด์และกรดไฮโดรโบมิกมีความสัมพันธ์กัน แต่ไม่ใช่สารชนิดเดียวกัน ซึ่งในบางครั้งนักเคมีอาจใช้สูตร "HBr" แทนกรดไฮโดรโบมิก พร้อมทั้งเป็นที่เข้าใจกันในหมู่นักเคมีส่วนใหญ่ แต่อาจทำให้บุคคลทั่วไปเกิดความเข้าใจผิดหรือสับสนระหว่างสารสองชนิดนี้ได้

ประวัติ

นักเคมีชาวฝรั่งเศส อ็องตวน เฌโรม บาลาร์ (Antoine-Jérôme Balard) ผู้ค้นพบธาตุโบรมีนในดินโป่งใกล้เมืองมงเปอลีเย เคยทำการศึกษาไฮโดรเจนโบรไมด์และสังเคราะห์ได้สำเร็จ

คุณสมบัติ

ที่อุณหภูมิห้อง ไฮโดรเจนโบรไมด์มีสถานะเป็นแก๊สไม่ไวไฟ มีกลิ่นฉุน มีความเสถียร เมื่อกระจายในอากาศชื้นจะกลายเป็นควันเนื่องจากทำปฏิกิริยากับไอน้ำกลายเป็นกรดไฮโดรโบรมิก ไฮโดรเจนโบรไมด์ละลายได้ดีในน้ำ ซึ่งได้ผลิตภัณฑ์เป็นกรดไฮโดรโบรมิก โดยสารละลายจะอิ่มตัวเมื่อมีปริมาณ HBr ในน้ำที่ 68.85% ที่อุณหภูมิห้อง นอกจากนี้ไฮโดรเจนโบรไมด์ยังมีฤทธิ์กัดกร่อน สารที่ควรหลีกเลี่ยงได้แก่ สารออกซิไดซ์ โลหะ และอัลคาไล

ประโยชน์

ใช้ในการวิเคราะห์ธาตุปรอท ใช้ในการผลิตสารซีเซียม ใช้ในการสังเคราะห์สารประกอบอินทรีย์และโบรไมด์ ใช้ละลายแร่ และเร่งปฏิกิริยาแอลคิลเลชัน (alkylation)

การสังเคราะห์สาร

ในกระบวนการสังเคราะห์สารเคมี ไฮโดรเจนโบรไมด์มีประโยชน์ในหลายด้าน ตัวอย่างเช่น

ใช้ทำปฏิกิริยากับแอลกอฮอล์เพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์เป็นแอลคิลโบรไมด์ ดังสมการ

$\mathrm{R}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{+}\mathrm{H}\mathrm{B}\mathrm{r}\mathrm{⟶}\mathrm{R}\mathrm{B}\mathrm{r}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

ใช้ทำปฏิกิริยากับแอลคีน ได้ผลิตภัณฑ์เป็นโบรโมแอลแคน

$\mathrm{R}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{=}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{H}\mathrm{B}\mathrm{r}\mathrm{⟶}\mathrm{R}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{(}\mathrm{B}\mathrm{r}\mathrm{)}\mathrm{-}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}$

ใช้ทำปฏิกิริยากับแอลไคน์ ได้ผลิตภัณฑ์เป็นโบรโมแอลคีน

$\mathrm{R}\mathrm{C}\mathrm{\equiv }\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{+}\mathrm{H}\mathrm{B}\mathrm{r}\mathrm{⟶}\mathrm{R}\mathrm{C}\mathrm{(}\mathrm{B}\mathrm{r}\mathrm{)}\mathrm{=}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}$

ใช้ทำปฏิกิริยากับแฮโลแอลคีน ได้ผลิตภัณฑ์เป็นไดแฮโลแอลเคนแบบ geminal ซึ่งปฏิกิริยานี้เป็นไปตามกฎของมาร์คอฟนิคอฟ (Markovnikov's rule) มีสมการดังนี้

$\mathrm{R}\mathrm{C}\mathrm{(}\mathrm{B}\mathrm{r}\mathrm{)}\mathrm{=}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{H}\mathrm{B}\mathrm{r}\mathrm{⟶}\mathrm{R}\mathrm{C}\mathrm{(}\mathrm{B}{\mathrm{r}}_{\mathrm{2}}\mathrm{)}\mathrm{-}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}$

นอกจากนี้แล้ว ไฮโดรเจนโบรไมด์ยังเป็นตัวเร่งให้กับปฏิกิริยาของสารอินทรีย์อีกมากมาย

การเตรียม

ในภาคอุตสาหกรรม

ไฮโดรเจนโบรไมด์ (เช่นเดียวกับกรดไฮโดรโบรมิก) ถูกผลิตขึ้นในปริมาณน้อยกว่ามากเมื่อเทียบกับไฮโดรเจนคลอไรด์ (และกรดไฮโดรคลอริก) สำหรับการเตรียมขั้นต้น ไฮโดรเจนและโบรมีนจะรวมตัวเป็นไฮโดรเจนโบรไมด์ ที่อุณหภูมิระหว่าง 200–400 °C และมักใช้ธาตุแพลตินัมหรือแร่ใยหินเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา

ในห้องปฏิบัติการ

เราสามารถสังเคราะห์ไฮโดรเจนโบรไมด์ได้หลายวิธีในห้องทดลอง เช่น โดยการกลั่นสารละลายโซเดียมโบรไมด์หรือโพแทสเซียมโบรไมด์ กับกรดฟอสฟอริกหรือกรดซัลฟิวริกเจือจาง ดังสมการ

$\mathrm{2}\mathrm{K}\mathrm{B}\mathrm{r}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\mathrm{⟶}{\mathrm{K}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{H}\mathrm{B}\mathrm{r}$

แต่ถ้าใช้กรดซัลฟิวริกเข้มข้น จะไม่เกิดผลิตภัณฑ์เป็นไฮโดรเจนโบรไมด์ เนื่องจากสารดังกล่าวจะถูกออกซิไดซ์กลายเป็นแก๊สโบรมีนแทน ดังสมการ

$\mathrm{2}\mathrm{H}\mathrm{B}\mathrm{r}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\mathrm{⟶}\mathrm{B}{\mathrm{r}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

การสังเคราะห์ด้วยวิธีอื่น ๆ เช่น นำโบรมีนทำปฏิกิริยากับฟอสฟอรัสและน้ำ หรือโบรมีนทำปฏิกิริยากับกำมะถันและน้ำก็ได้เช่นเดียวกัน ดังสมการ

$\mathrm{2}\mathrm{B}{\mathrm{r}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{S}\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{⟶}\mathrm{4}\mathrm{H}\mathrm{B}\mathrm{r}\mathrm{+}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}$

หรืออาจเตรียมได้โดยให้เตตระลิน (1,2,3,4-เตตระไฮโดรแนฟทาลีน) เกิดปฏิกิริยาโบรมิเนชัน (bromination, ปฏิกิริยาแทนที่ด้วยโบรมีน) ดังสมการ

${\mathrm{C}}_{\mathrm{1}\mathrm{0}}{\mathrm{H}}_{\mathrm{1}\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{4}\mathrm{B}{\mathrm{r}}_{\mathrm{2}}\mathrm{⟶}{\mathrm{C}}_{\mathrm{1}\mathrm{0}}{\mathrm{H}}_{\mathrm{8}}\mathrm{B}{\mathrm{r}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{4}\mathrm{H}\mathrm{B}\mathrm{r}$

นอกจากเตตระลินแล้ว ยังสามารถนำโทลูอีนมาทำให้เกิดปฏิกิริยาโบรมิเนชันได้อีกด้วย ซึ่งจะได้ผลิตภัณฑ์เป็นเบนซิลโบรไมด์และไฮโดรเจนโบรไมด์ ดังนี้

หรือ ทำให้โบรมีนถูกรีดิวซ์ด้วยกรดฟอสฟอรัส ดังสมการ

$\mathrm{B}{\mathrm{r}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{P}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{⟶}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{P}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{H}\mathrm{B}\mathrm{r}$

ไฮโดรเจนโบรไมด์ที่ผลิตได้จากปฏิกิริยาข้างต้นทั้งหมดอาจมี Br₂ ปนเปื้อนได้ ซึ่งสามารถแยกออกได้โดยนำแก๊สไฮโดรเจนโบรไมด์ผ่านตัวกลึงทองแดง (Copper turnings) หรือผ่านฟีนอล

อันตรายต่อสุขภาพ

เมื่อหายใจเอาแก๊สไฮโดรเจนโบรไมด์เข้าไป ไอระเหยของสารจะทำให้เกิดอาการระคายเคืองอย่างรุนแรง อาจเป็นสาเหตุทำให้ระบบทางเดินหายใจและปอดถูกทำลาย เมื่อสัมผัสทางผิวหนัง จะทำให้เกิดแผลไหม้อย่างรุนแรง เมื่อสัมผัสดวงตา จะทำให้เกิดการระคายเคืองตา ตาแดง และทำให้การมองเห็นไม่ชัดเจน ไฮโดรเจนโบรไมด์ไม่เป็นสารก่อมะเร็งตามบัญชีรายชื่อของ IARC, NTP และ OSHA

การปฐมพยาบาล

ถ้าหายใจเข้าไปให้เคลื่อนย้ายผู้ป่วยออกไปที่ที่มีอากาศบริสุทธิ์ ถ้าผู้ป่วยหยุดหายใจ ให้ช่วยผายปอด แล้วนำไปพบแพทย์ หากรับประทานเข้าไป อย่ากระตุ้นทำให้เกิดการอาเจียน หากสัมผัสผิวหนังหรือดวงตา ให้ล้างผิวหนังหรือดวงตาด้วยน้ำปริมาณมาก ๆ อย่างน้อย 15 นาที