Quando fu scoperto il bromo?

Nel 1825, C. Löwig, uno studente di chimica tedesco stava conducendo una ricerca  sull'acqua dalle paludi (ricca di bormuro di magnesio). Dopo aver rimosso il cloro, inietto il cloro gassoso nella soluzione. Durante questo processo comparve una nuova sostanza: il bromo. Löwig isolo' il bromo attraverso estrazione con etere e distillazione. Un chimico francese, A. Ballard, scopri' il bromo in un estratto di alghe da cui aveva rimosso il cloro. Ballard sviluppo' metodi industriali per isolare i vari sali da acqua di mare. La parola Bromo deriva dalla parola greca bromos (= odore). Si riferisce all'odore sgradevole e del bromo.

Quali sono le caratteristiche del bromo?

Il bromo ha un numero atomico pari a 35. Come il cloro, è un alogeno e reagisce facilmente con gli altri elementi. In natura il bromo può essere trovato soltanto all'interno di composti. Tali combinazioni sono chiamate bromuri. I bromuri sono usati per ottenere bromo puro o per produrre compsti del bromo. Dopo il fluoro, il bromo è l'elemento più reattivo. Reagisce con molte sostanze differenti, è molto corrosivo e distruttivo nei confronti di materiale organico.
Il bromo è l'unico elemento non metallico che è liquido a temperatura ambiente e a pressione standard. È un liquido rosso che si volatilizza facilmente e di odore facilmente distinguibile. Il bromo è circa 3.12 volte più pesante dell'acqua. Alla temperatura di 58.8 °C diventa gassoso, mentre a -7.3 °C ed a temperature più basse è un solido.

Il bromo è un candeggiante. È tossico in forma fluida ed il vapore di bromo è dannoso per la pelle umana, gli occhi ed il sistema respiratorio, poiche' causa serie ustioni  Una concentrazione di 1 ppm può causare innacuqmento degli occhi e quando viene inalato in concentrazioni inferiori ai 10 ppm, si inizia a tossire ed i tratti respiratori si irritano.

Il bromo può essere dissolto facilmente in acqua (35 g/L d'acqua), bisolfuro del carbonio ed in altre soluzioni organiche. Una volta aggiunto all'acqua, il bromo forma l'acido ipobromoso. Esso è un acido debole che si dissocia parzialmente per formare gli ioni idrogeno e gli ioni ipobromito. Il livello degli ioni ipobromosi dell'ipobromito e dell'acido è determinato dal valore di pH dell'acqua. Quando il pH è compreso fra 6,5 e 9 si possono trovare in acqua sia gli ioni ipobromosi dell'ipobromito che quelli dell'acido. Se l'acqua contiene l'azoto dell'ammoniaca, si formano le bromoammine (NH2Br, NHBr2 e NHBr3). Per la disinfezione le bromoammine sono efficaci quanto l'acido ipobromoso. La variazione edl pH influenza la quantità di mono-, di- e tri-bromamine che si formano.

Dove si puo' trovare il bromo?

In natura il bromo può essere trovato come sali di bromuro o sostanze organiche del bromo. Queste sostanze sono prodotte da parecchi organismi marini. Il bromo è principalmente presente in sali solubili contenuti nell'acqua marina, nei laghi salati e nella brina. L'acqua di mare contiene approssivamente 65 ppm di bromo. La concentrazione nel bromo che si trova nelle brine è molto più alta, fra 2500 e 10.000 ppm.
Il bromo è ottenuto dalle fonti di birna negli Stati Uniti d'America ed in Cina, dal Mar Moro in 'Israele e nel Giordano e dall'acqua oceanica in Galles ed in Giappone. Altre zone ricche di bromo sono presenti in Francia, Italia, Turkmenistan, Ucraina, Azerbeidzjan ed in Germania. Il bromo può anche essere trovato nelle roccie e nella crosta terrestre.

Figura 1: Il bromo esiste principalmente in sali marini

Come si puo' produrre il bromo?

Il bromo fu scoperto nel 1825, ma fu prodotto su scala più ampia solo dal 1860. In passato il bromo veniva prodotto attraverso una reazione fra i bromuri, il prolusito e l'acido solforico. 

MnO₂ + 4 H⁺ + 2 Br^- → Mn²⁺ + 2 H₂O + Br₂

Piccole quantita' di bromo possono anche essere ottenute attraverso una reazione fra il bromuro di sodio solido (NaBr) e l'acido solforico concentrato (H2SO4). Inizialmente  si forma bromuro di idrogeno gassoso (HBr). Il gas viene ossidato da acido solforico in bromo e anidride solforosa.

NaBr (s) + H₂SO₄ (l) → HBr (g) + NaHSO₄ (s)
2HBr (g) + H₂SO₄ (l) → Br₂ (g) + SO₂ (g) + 2H₂O (l)

Un altro metodo e' l'elettrolisi delle soluzioni bromose. All'elettrodo positivo si forma bromo:  

2 Br^- → Br² + 2 e-

Al giorno d'oggi il bromo e' solitamente formato tramite iniezione di cloro in una soluzione acquosa ricca di bromo ad un pH pari a 3.5.
L'acqua di mare è trattata con cloro gassoso e aria. Il cloro gassoso ossida del bromuro in bromo. Quando l'acqua clorurata viene aggiunta ad una soluzione acquosa contenente i bromuri, la soluzione diventa marrone a causa della formazione del bromo.

2Br^- + Cl₂ → 2Cl^- + Br₂ 

Quali sono le applicazioni del bromo?

La prima applicazione nota di un prodotto contenente bromo è la produzione del colore porpora. Questa sostanza è prodotta dalle lumache viola ed era usata dai Romani per colorare di viola i loro vestiti. Questa è un'attività molto esigente e soltanto i Romani più ricchi potevano comprare questi vestiti.
Al giorno d'oggi il bromo ha molte applicazioni. Nell'industria e nell'agricoltura è usato su vasta scala per produrre sostanze contenenti bromo. Il bromo era usato pricipalmente per produrre etilene il dibromuro, un costituente del combustibile contenente piombo. A causa dei relativi effetti dannosi per l'ambiente, questo prodotto non viene più usato. Il bromo è applicato nei ritardatori di fiamme a base di cloro, nelle medicine, nella fotografia, nella produzione di petrolio, in vernici ed in antiparassitari. Nel trattamento delle acque il bromo è usato come alternativa nella disinfezione tramite cloro elle piscine e delle torre di raffreddamento.

Disinfezione con bromo

Negli Stati Uniti in bromo e' usato dagli anni 30 per la disinfezione dell'acqua.  

Il bromo puo' essere usato per la disinfezione delle piscine?

Le sostanze del bromo sono disinfettanti e possono essere usate come alternativa al cloro. Nelle piscine, il bromo è usato contro la formazione e lo sviluppo delle alghe, dei batteri e degli odori nell'acqua delle piscine. Negli Stati Uniti, il bromo è usato dal 1936 per trattare l'acqua di piscine. Durante la seconda guerra mondiale, il cloro divenne scarso e in molte piscine si inizio' a preferire il bromo per la disinfezione. Il bromo può essere applicato in forma fluida o in una miscela. Quando il bromo è applicato in forma fluida, viene stabilito il seguente equilibrio:

Br₂ + 2H₂O « HOBr + H₃O⁺ + Br^- 
HOBr + 2H₂O « OBr^- + H₃O^-

Questo equilibrio dipende fortemente dal livello di pH. Al pH si trova solitamente nelle piscine, il bromo è presente pricipalmente come acido ipobromoso (HOBr). Il bromo deve essere usato insieme ad un agente ossidante (per esempio cloro o ozono). 

Br₂ + 2H₂O « HOBr + H₃O⁺ + Br^- 
HOBr + 2H₂O « OBr^- + H₃O^-

Tabella 1: influenza del oH nella formazione dell'acido ipobromoso. 

Un bastone contenente bromo fu sviluppato nel 1958, a causa dei rischi derivanti dall'uso di bromo fluido. Questo bastone e' fatto di bromo-cloro-dimetilidantoin (Dihalo, DMH). Sia il cloro che il bromo sono fissati ad un atomo di azoto, che funge da supporto organico. Applicato ad acqua, il DHM viene idrolizzato e forma acido ipocloroso. Un si forma anche una determinata quanita' di HOCl. Lo ione ipoclorito reagisce con i bromuri formando acido ipobromoso. Il Bromo-cloro-dimethylhydantoine (BCDMH) è una sostanza organica; dopo ossidazione e disinfezione rimane bromo libero. Quando il BCDMH è dissolto in acqua, sono liberati acido ipobromoso e acido ipocloroso sono liberati. Tali sostanze reagiscono con i bromuri (Br-), provocando una produzione supplementare di acido ipobromoso. Ecco perchè il bromo può essere usato sia come disinfettante che come agente ossidante. La concentrazione di BCDMH in acqua non dovrebbe raggiungere i 200 mg/l o un livello superiore, altrimenti l'equilibrio fra il disinfettante residuo e la materia organica è disturbato. Un vantaggio del BCDMH è che è inoffensivo quando è imagazzinato. È facile da applicare. Occasionalmente, il livello di pH deve essere aggiustato.

BCDMH is e' venduto in forma di tavolette o cartucce. Ha una durata di immagazzinamento lunga e si dissolve molto lentamente. Un altro sistema che può essere usato consiste nella dissoluzione di sale di bromo (bromuro di sodio) in acqua nell'attivazione tramite l'aggiunta di un ossodatore (ipoclorito o ozono). Inizialmente viene aggiunto sale all'acqua, secondariamente, viene aggiunto un ossidatore per attivare il bromo e si forma acido ipobromoso.

Durante la disinfezione, l'acido ipobromoso si dissocia in ioni bromuro. Questi ioni possono essere riattivati. Il bromo reagisce con altre sostanze nell'acqua per formare sostanze contenenti bromo. Tali sostanze sono disinfettanti e non emanano odori. Il bromo non ossida l'ammoniaca o altre sostanze a base di azoto. L'acido di ipobromoso reagisce con la luce solare. Quando il livello di pH è compreso fra 7 e 8.5 la dibromoamina è la forma più comune di bromo. La dibromina e' quasi efficace quanto il cloro nell'uccisione di microorganismi. La dibromoamina è molto attiva e solitamente si dissocia rapidamente in ioni bromuro. A causa di cio', non rimane nell'acqua alcun bromo.

Figura 2: differenti forme di bromo a vari valori di pH e a diverse concentrazoni di ammonio.

Le principali sostanze a base di cloro usate come biocidi sono bromo e BCDMH.

Il bromo puo' essere usato per la disinfezione dell'acqua potabile?

Il bromo libero (Br2) non è usato nel trattamento dell'acqua potabile. Reagisce troppo rapidamente con le sostanze organiche e non lascia nessun compsto. Il bromo conferisce all'acqua potabile un terribile gusto medicinale. Il bromo dovrebbe essere usato soltanto in casi di emergenza.

Il bromo viene usato per la disinfezione dell'acqua delle torri di raffreddamento?

Il bromo può essere usato per la disinfezione dell'acqua delle torri di raffreddamento. L'acido ipobromoso è un po' meno efficace rispetto all'acido ipocloroso nell'uccisione di microorganismi. Il livello di pH dell'acqua di raffreddamento determina in quale forma il bromo è presente. Quando il pH è inferiore a 8.7, si forma un acido più ipobromoso (HOBr). Esso è più efficace rispetto agli ioni ipobromito, che sono più abbondanti ad un pH superiore a 8.7. Ecco perchè il bromo è un disinfettante migliore per acqua alcalina delle torri di raffreddamento rispetto al cloro. A pH 7.6 e superiore si formano pricipalmente ioni ipoclorito. Questi sono meno efficaci rispetto all'acido ipocloroso. Il bromo reagisce con ammoniaca formando bromoammine. Contrariamente alle clorammine, le bromoammine sono instabili e si dissoceranno in acido ipobromoso. La maggior parte dei microorganismi presenti nelle torri di raffreddamento possono essere trattati con il bromo, a condizine che sia presente una quantita' di bromo suffciente.

Figura 3: Dissociazione dell'acido ipobromoso e ipocloroso a vari valori di pH

Quali sono i vantaggi e gli svantaggi derivanti dall'uso di bromo?

Vantaggi

Il bromo si dissolve in acqua tre volte meglio rispetto al cloro. Nessun gas pericoloso è richiesto per la produzione del bromo. L'attività del bromo in acqua è breve, perché non forma legami forti. I vantaggi derivano da una bassa concentrazione residua e dal fatto che non e' richiesta nessuna sostanza distinta per rimuovere il bromo.

Svantaggi

Il bromo è molto reattivo. Per mantenere una disinfezione sufficiente, deve essere aggiunta una elevata quantita' di bromo. Esso reagisce aggressivamente con i metalli ed è un materiale corrosivo. Dovrebbero essere approntate delle misure di sicurezza per trasporto, immagazzinamento o uso.

Qual e' l'efficacia del bromo?

Le bromoammine che si formano quando il bromo viene aggiunto ad acqua ricca di bromo e' efficace quanto il cloro libero nell'uccisione di microorganismi patogeni. 

Quali sono gli effetti sulla salute derivanti dall'uso di bromo?

Una concentrazione di bormo intorno ai 0.5 mg/L nelle piscine causa irritazione agli occhi e alla membrana mucosa e puo' portare un odore sgradevole.
In natura il bromo si trova nelle sostanze inorganiche. Durante il 20esimo secolo gli esseri umani produssero bromo organico per parecchie applicazioni. Esso non e' una sostanza naturale e causa severi danni all'ambiente. L'uomo puo' assumere bromo organico attraverso la pelle, il cibo o la respirazione. E' ampiamente usato come spray per uccidere insetti e alti ospiti indesiderati. Il bromo organico e' pericoloso per uomini e animali. Influenza le ghiandole tiroidi, gli apparati genetici e il sistema nervoso.

Quali sono gli effetti ambientali derivanti dall'uso di bromo?

Il bromo è usato come disinfettante, perché è nocivo per i microorganismi. Quando il bromo organico entra nelle acque superficiali, ha effetti negativi sulla salute dei pesci, delle aragoste e delle alghe dell'acqua. Quando il bromo è usato per disinfettare l'acqua, le bromammine e l'acido ipobromoso reagiscono con la materia organica presente nell'acqua formando sottoprodotti di disinfezione bromurati. Questi possono essere nocivi per la salute umana.

Cosa dice la legislazione per l'uso di cloro?

EU
In Francia il bromo è usato per disinfettare le piscine. Lo standard francese per il bromo nelle piscine è 0.7 mg/l. Concentrazioni di 0.5 mg/l provocano irritazioni alle membrane mucose, agli occhi e problemi di odore.

Maggiori informazioni sulla disinfezione dell'acqua?:

Introduzione alla disinfezione dell'acqua
Necessita' di trattamento dell'acqua
Storia del trattamento dell'acqua

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