Els empèdocles moderns – Antòni-Jiròni Balard (1825) i l’element 35 (Br) – brom (niltripenti, Ntp)

El sufix grec -λογ-, variant de -λεγ-, i relacionat amb el verb λέγειν, que vol dir “parlar”, va donar lloc, ja en l’Antiguitat, al sufix -λογία. Plató, a Politeia (II, 18), empra, per exemple, el mot θεολογία, per referir-se al “tractament/discurs sobre els déus” que haurien de fer els poetes a la ciutat ideal. Sobretot a partir del segle XIV, el mot “theologia” servirà de base a la construcció del nom de diferents disciplines i sots-disciplines del saber/discurs humà. Serà especialment a partir del segle XVIII, que hi haurà una veritable inflació de -logies. Com a prefix hom cerca el mot grec que millor correspon al subjecte de la disciplina. Per exemple, el mot grec βρῶμη, es fa servir per referir-se a l’aliment, especialment el saborós, però també més genèricament a qualsevol àpat o a l’acció de menjar. Figurativament, també s’empra per assenyalar el deteriorament de materials, que són “menjats” (erosió, oxidació). Però, en altres contextos βρῶμος assenyala una flaire intensa, d’origen alimentici que, segons com, pot ser repulsiva (i indicar que l’aliment s’ha fet malbé). Sigui com sigui, La bromatologia seria, doncs, la ciència que estudia els aliments. L’èxit del mot és desigual. El 12 de febrer del 1998, per exemple, la Universitat de Barcelona creà el Departament de Nutrició i Bromatologia, escissió del “Departament de Ciències Fisiològiques Humanes i de la Nutrició”. Aquest títol ja ens orienta en el fet que la “bromatologia” és més la ciència dels aliments (del seu tractament, de la seva conservació) que no pas de la “nutrició global”, de l’“alimentació”. El subjecte d’estudi seria l’aliment, el seu valor nutritiu, les propietats sensorials i els aspectes higiènics i sanitaris. Hem dit que l’èxit de la denominació és desigual. Així quan, uns anys més tard, la UB establí l’ensenyament (actualment grau) de “Bromatologia” s’estima més un nom més transparent: “Ciència i Tecnologia dels Aliments”. En anglès hom s’estima més el terme “food science” per designar “la disciplina en la qual les ciències enginyeres, biològiques i físiques s’empren en l’estudi de la natura d’aliments, les causes de deteriorament, els principis en els quals es basa el processament d’aliments, i la millora d’aliments per al consum públic”. Amb un camp semàntic més ample, els “estudis sobre els aliments” (food studies) es dediquen a l’examinació crítica de l’aliment i dels seus contextos en la ciència, l’art, la història, la societat, etc. L’antropologia dels aliments té a veure, doncs, també amb les creences. Com veurem en el capítol d’avui, les sals de brom, els bromurs, i particularment el bromur potàssic, guanyà fama com a sedatiu. Molts soldats britànics, durant la Segona Guerra Mundial, eren convençuts que de manera sistemàtica hom els afegia bromur al te per millorar la disciplina i reduir-los les apetències (homo)sexuals, i que això es manifestava en una reducció de les ereccions. Rumors semblants han corregut en molts altres entorns de confinament exclusivament masculí, casernes, presons, etc., per bé que diuen les cròniques oficials que a partir dels anys 1950 hom bandejà l’ús de les sals de brom pels seus riscos cardíacs. Sigui com sigui, nosaltres arribem al nombre trenta-cinc de la nostra sèrie.

Mosaic d’una vil•la del segle II d.C., en l’actual Tor Marancia, dins del Municipio Roma VIII

Antòni-Jiròni Balard i la descoberta del brom

Antòni-Jiròni Balard (*Montpelhièr, 30.09.1802) nasqué en una modesta família. El seu pare era vinyater, i la mare feia de cuinera en una casa, la mestressa de la qual va fer de madrina del petit Antòni. Va fer estudis secundaris al Liceu de Montpelhièr que, després de la Restauració del 1815, esdevingué col•legi. Obtingué el batxillerat el 1819 i, amb la intenció d’esdevindre apotecari, ingressà com a alumne a la farmàcia Laugier, on s’estigué un any i mig. Després, passà a la farmàcia Blanc, on féu una estada de dos anys i mig. Amb aquesta experiència, Balard començà a estudiar a l’Escola Especial de Farmàcia de Montpelhièr. Com a treball de tesi trià el cianògen ((CN)2) i algunes de les seves combinacions. Aquest enfocament químic, va fer que Balard tingués especial contacte amb el professor de química de l’escola, Jacme-Estève Berard, que era alhora el tresorer de la institució

Paral•lelament als seus estudis a l’Escola de Farmàcia, Balard ingressà a la Facultat de Ciències de la Universitat de Montpèlhier el 6 de juliol del 1820, en qualitat de “preparador de química”, sota la direcció de Josèp Anglada.

En el 1825, Balard començà treballar amb cendres d’algues procedents dels saladars montpellerencs. En el decurs de les guerres napoleòniques, s’havia promogut l’ús de cendres d’algues com a alternativa al salpetre i, en el 1811, Bernard Courtois hi havia descobert un nou element, que Josèp-Loïs Gay-Lussac (1778-1850) havia batejat com a “iode”.

Destil•lant una solució de cendres d’algues saturada de clor (gas muriàtic), Balard aconseguí un líquid marronós, d’olor característic. Pensà que podria tractar-se de clorur de iode, ja que mostrava algunes propietats intermèdies entre el clor elemental (gas) i el iode elemental (sòlid). Successives experiències el convenceren que es tractava no d’una combinació d’aquests dos elements, sinó d’una tercera substància simple, a la que denominà “múrid” (del mot llatí “muria”).

Carl Jacob Lowig

En la mateixa època, Carl Jacob Löwig (*Bad Kreuznach, 17.03.1803) duia a terme experiències similars, en les fonts d’aigües minerals de la seva localitat natal. Quan saturava amb gas clor una solució de sals minerals obtenia després, amb dietilèter, un extracte. Si deixava evaporar l’extracte, obtenia un líquid marronós.

Leopold Gmelin

Amb mostres d’aquest líquid, Löwig, llavors de 22 anys, es presentà davant de Leopold Gmelin, professor de química de la Universitat de Heidelberg, oferint-se per treballar-hi en el laboratori del professor sobre aquella misteriosa substància.

Balard trameté una memòria sobre els seus experiments amb el “múrid” a l’Acadèmia de Ciències de París. El seu treball fou revisat per Louis Nicolas Vauquelin (1763-1829), per Louis-Jacques Thénard (1777-1857) i per Gay-Lussac. Coincidien en el parer que, efectivament, es tractava d’una substància simple diferent del clor i del iode. Anglada, però, havia suggerit Balard de no emprar el nom de múrid ja que aquest havia estat un dels noms històrics del clor abans que s’imposés el terme triat per Humphry Davy. No sé sap amb seguretat si fou Anglada o Gay-Lussac qui proposà el nom de “brôme”, a partir del terme grec que hem esmentat abans, βρωμος, en referència a la pudor característica del nou cos simple. Balard accedí al canvi. Presentà els resultats en una conferència en l’Acadèmia de Ciències i en una “Mémoire sur une Substance particulière contenue dans l’eau de la mer” als “Annales de Chimie et Physique”. Aquesta memòria fou publicada en anglès en el “Annals of Philosophy”.

El 4 de juliol del 1826, després de presentar la tesi “Essai sur le cyanogène, et sur qualques-unes de ses combinaisons”, Balard obtenia el diploma de farmacèutic de primera classe. El 1828, en un edifici veí al de la seva madrina, obrí la seva pròpia oficina de farmàcia.

Encara que la descoberta de Löwig i Gmelin trigà un temps, on admeté Löwig i Balard com a descobridors del “brom”, nom que quedà, a més, ben fixat, quan, en el 1829, Löwig publicà “Das Brom und seine chemischen Verhältnisse”. D’acord amb el sistema de Jöns Jacob Berzelius, el símbol químic del nou element era Br. La denominació llatina era “bromum”, escurçada a “brom” en moltes llengües (“brome”, en francès) . En anglès, respectant el model de “chlorine”, fou fixada la forma “bromine”.

Löwig, eventualment, deixaria la Universitat de Heidelberg per la Universitat de Zurich. En el 1852, succeí Robert Bunsen com a professor de química a la Universitat de Breslau. I seria a Breslau on es moriria el 27 de març del 1890, a 87 anys.

Balard compaginà les seves responsabilitats en l’apoteca i en la Universitat de Montpelhèr, amb feina en la fàbrica de productes químic que Anglada tenia a La Palha. A més, el desembre del 1829, per proposició del consell d’Escola Especial de Farmàcia i de l’Acadèmia de Ciència, Balard fou nomenat professor adjunt de química. En el 1830, esdevingué també professor de química del Col•legi Reial.

Les analogies entre el clor, el brom i el iode no havien passat desapercebudes ni a Balard ni a Löwig. Quan Johann Wolfgang Döbereiner postulà, en el 1829, l’existència de “tríades” entre els elements químics, la triada formada pel clor, el brom i el iode ocupava un lloc destacat. Una de les propietats destacables de les tríades era el fet que el pes atòmic del segon membre era igual a la mitjana aritmètica dels pesos atòmics: Cl-Br-I ho complien força (35-80-127).

A final del 1833, es moria Anglada, un dels mentors més influents de Balard. Balard ja tenia llavors ben avançats els seus treballs de tesi en química (“Recherches sur la nature des combinaisons décolorantes du chlore”) i en física (“Fragment d’un travail sur les combinaisons du brome et de l’oxygène”). Les dues tesis foren reeixidament defensades el setembre del 1834, en la Facultat de Ciències de Montepelhèr. Per recomanació del consell de la facultat i el consell acadèmic, Balard fou nomenat professor titular de química de la Facultat de Ciències, com a substitut d’Anglada.

El 1838, Balard cedí la seva farmàcia a un antic deixeble. Deixava Montpelhèr per ocupar de manera provisional una plaça de professor adjunt de química en la Facultat de Ciències de París. Com que Thénard deixà la seva plaça de catedràtic de química en el 1840, la plaça de Balard quedà consolidada.

Una de les primeres aplicacions pràctiques del brom fou en la daguerreotípia. La daguerreotípia, com a tècnica fotogràfica, havia estat patentada per Louis Daguerre en el 1839. El mètode superava limitacions de tècniques anteriors, per bé que s’hi basava parcialment. En tot cas, Daguerre cedí la patent al govern francès a canvi d’una pensió vitalícia, mentre que el govern francès declarava el procés “lliure per al món”, bo i que Daguerre finalment es reservà la patent del procés per a Anglaterra. En la daguerreotípia, una placa d’argent (o una capa d’argent damunt d’un substrat de coure o d’un aliatge de coure-zinc) és polida i “sensibilitzada” amb vapors de iode. Llavors la placa ja pot ser exposada en una “camara obscura”, i obtinguda la “imatge”, se la revela amb vapors de mercuri, se la fixa amb una solució saturada de sal comuna i se la segella amb una coberta de vidre. L’ús del iode per generar un iodur d’argent “fotosensible” convidava a assajar l’ús alternatiu de clor i de brom. En el 1840, hom observà que els vapor de brom podien ésser més profitosos en alguns casos, si bé el iode continuà com el més utilitzat en la sensibilització.

Aquests i d’altres exemples de la “bescanviabilitat” relativa entre fluor, clor, brom i iode feren que, en el 1842, Berzelius proposés el terme comú d’halogen (“formador de sals”) per a aquests quatre elements químics.

Balard mantingué la posició de professor de la Facultat de Ciències de París fins el 1867. Entre el 1846 i el 1851 fou “mestre de conferències de química” de l’Escola Normal Superior. Des del 1851 fou catedràtic de química del Col•legi de França. Quan, en el 1868, es creà l’Escola Pràctica d’Alts Estudis, n’esdevingué director de laboratori i president de la 2ª secció. Es va morir a 75 anys a París el 30 de març del 1876.

La identificació del grup químics dels halògens ajudà als intents de sistematitzar els elements químics. En el 1865, John Newlands postulava una llei de l’octet, que agrupava els elements químics en set grups. El primer grup contenia l’hidrogen, els halògens i alguns metalls: H, F, Cl, Co/Ni, Br, Pd, I, Pt/Ir.

Lothar Meyer, en el 1869, parlava, atenent als radis atòmics, de diversos períodes d’elements. El primer era format per l’hidrogen i l’heli. El segon període era tancat pel fluor, el tercer pel clor, el quart pel brom, etc.

Però la proposta més reeixida fou la de Dmitri Mendeleev. En el 1869, Mendeleev classificava els elements en període i grups. Un dels més sòlids d’aquests grups era els dels halògens, és a dir el F (pes atòmic 19), el Cl (35,5), el Br (80) i el I (127). Això situava el brom en el quart període.

En la taula periòdica del 1871, més compacta, el grup del fluor (grup VII) passa a acollir també el manganès, de manera que el brom és desplaçat al cinquè període. Entrat ja el segle XX, hom tornaria, amb la separació dels metalls de transició (manganès inclòs), al disseny del 1869. El grup VIIb o grup 17 és el grup dels halògens, i dins seu el brom és l’element corresponent al quart període.

Ja en 1857, sir Charles Locock havia remarcat les propietats anticonvulsives de les sals de brom (KBr, NaBr). En les dècades següents, aquests bromurs foren considerats el primer tractament farmacològic efectiu contra l’epilèpsia. Alhora, se’n descrivien els efectes sedatius, i foren profusament emprats amb aquesta finalitat fins ben entrat el segle XX, quan cediren el pas a l’hidrat de cloral, primer, i als barbitúrics, després. El seu suposat ús institucional, afegit al menjar, en sanatoris, presons o casernes, per tindre “calmat” el personal, esdevingué proverbial.

Durant la Primera Guerra Mundial, hom arribà a emprar, especialment en la primera etapa, compostos de brom (bromur de xilol, etc.) com a armes químiques gasoses.

El brom: isòtops i abundància

La massa atòmica estàndard del brom, de 79,904 uma, de la mitjana ponderada de la dels dos isòtops estables, 79Br i 81Br. Un llistat complet dels isòtops coneguts faria:
– brom-66 (66Br). Nucli format per 35 protons i 31 neutrons. És un isòtop molt inestable. Decau a seleni-65, amb emissió d’un protó.
– brom-67 (67Br; 66,96479 uma). Nucli format per 35 protons i 32 neutrons. És un isòtop molt inestable. Decau a seleni-66, amb emissió d’un protó.
– brom-68 (68Br; 67,95852 uma). Nucli format per 35 protons i 33 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida inferior a 1,2•10-6 s. Decau a seleni-67, amb emissió d’un protó.
– brom-69 (69Br; 68,95011 uma). Nucli format per 35 protons i 34 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida inferior a 2,4•10-8 s. Decau a seleni-68, amb emissió d’un protó.
– brom-70 (70Br; 69,94479 uma). Nucli format per 35 protons i 35 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,0791 s. Decau a seleni-70, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (70mBr) a 2292,2 keV, que té una semivida de 2,2 s, i que decau a l’estat basal o, directament, a seleni-70.
– brom-71 (71Br; 70,93874 uma). Nucli format per 35 protons i 36 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 21,4 s. Decau a seleni-71, amb emissió d’un positró.
– brom-72 (72Br; 71,93664 uma). Nucli format per 35 protons i 37 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 78,6 s. Decau a seleni-72, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (72mBr) a 100,92 keV, que té una semivida de 10,6 s, i que decau bé a l’estat (>99,9%) o, directament (<0,1%), a seleni-72.
– brom-73 (73Br; 72,93169 uma). Nucli format per 35 protons i 38 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 204 s. Decau a seleni-73, amb emissió d’un positró.
– brom-74 (74Br; 73,929891 uma). Nucli format per 35 protons i 39 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1520 s (25 minuts). Decau a seleni-74, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (74mBr) a 13,58 keV, que té una semivida de 2800 s (46 minuts), i que decau directament a seleni-74.
– brom-75 (75Br; 74,925776 uma). Nucli format per 35 protons i 40 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 5800 s (97 minuts). Decau a seleni-75, amb emissió d’un positró.
– brom-76 (76Br; 75,924541 uma). Nucli format per 35 protons i 41 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 5,83•104 s (16 hores). Decau a seleni-76, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (76mBr) a 102,58 keV, que té una semivida de 1,31 s, i que decau bé a l’estat basal (99,4%) o, directament (0,6%), a seleni-76.
– brom-77 (77Br; 76,921379 uma). Nucli format per 35 protons i 42 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2,0533•105 s (57 hores). Decau a seleni-77, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (77mBr), que té una semivida de 257 s, i que decau a l’estat basal.
– brom-78 (78Br; 77,921146 uma). Nucli format per 35 protons i 43 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 388 s (7 minuts). Decau normalment (99,99%) a seleni-78 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (0,01%) a criptó-78 (amb emissió d’un electró). Posseeix un estat metastable (78mBr) a 180,82 keV, que té una semivida de 1,192•10-4 s.
– brom-79 (79Br; 78,9183371 uma). Nucli format per 35 protons i 44 neutrons. És un isòtop estable, amb una abundància relativa de 50,69%. Posseeix un estat metastable (79mBr) a 207,61 keV, que té una semivida de 4,86 s, i que decau a l’estat basal.
– brom-80 (80Br; 79,9185293 uma). Nucli format per 35 protons i 45 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1061 s (18 minuts). Decau majoritàriament (91,7%) a criptó-80 (amb emissió d’un electró) o, alternativament (8,3%), a seleni-80 (amb emissió d’un positró). Posseeix un estat metastable (80mBr) a 85,843 keV, que té una semivida de 1,5913•104 s (4 hores), que decau a l’estat basal.
– brom-81 (81Br; 80,9162906 uma). Nucli format per 35 protons i 46 neutrons. És un isòtop estable, amb una abundància relativa de 49,31%. Posseeix un estat metastable (81mBr) a 536,20 keV, que té una semivida de 3,46•10-5 s.
– brom-82 (82Br; 81,9168041 uma). Nucli format per 35 protons i 47 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,2702•105 s (35 hores). Decau a criptó-82, amb emissió d’un electró. Posseeix un estat metastable (82mBr) a 45,9492 keV, que té una semivida de 368 s (6 minuts), i que bé decau a l’estat basal o, directament, a criptó-82.
– brom-83 (83Br; 82,915180 uma). Nucli format per 35 protons i 48 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 8640 s (2 hores). Posseeix un estat metastable (83mBr) a 3068,8 keV, que té una semivida de 7•10-7 s.
– brom-84 (84Br; 83,916479 uma). Nucli format per 35 protons i 49 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 1910 s (32 minuts). Decau a criptó-84, amb emissió d’un electró. Posseeix dos estats metastable, un a 320 keV (84m1Br; amb una semivida de 360 s; que decau directament a criptó-84) i un altre a 408,2 keV (84m2Br; amb una semivida de 1,4•10-7 s).
– brom-85 (85Br; 84,915608 uma). Nucli format per 35 protons i 50 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 174 s (3 minuts). Decau a criptó-85, amb emissió d’un electró.
– brom-86 (86Br; 85,918798 uma). Nucli format per 35 protons i 51 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 55,1 s. Decau a criptó-86, amb emissió d’un electró.
– brom-87 (87Br; 86,920711 uma). Nucli format per 35 protons i 52 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 55,65 s. Decau majoritàriament (97,48%) a criptó-87 (amb emissió d’un electró) o, alternativament (2,52%), a criptó-86 (amb emissió d’un neutró i d’un electró).
– brom-88 (88Br; 87,92407 uma). Nucli format per 35 protons i 53 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 16,29 s. Decau majoritàriament (93,42%) a criptó-88 o, alternativament (6,48%), a criptó-87 (amb emissió d’un neutró i d’un electró). Posseeix un estat metastable (88mBr) a 272,7 keV, que té una semivida de 5,4•10-6 s.
– brom-89 (89Br; 88,92639 uma). Nucli format per 35 protons i 54 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 4,4 s. Decau majoritàriament (86,2%) a criptó-89 (amb emissió d’un electró) o, alternativament (13,8%), a criptó-88 (amb emissió d’un neutró i d’un electró).
– brom-90 (90Br; 89,93063 uma). Nucli format per 35 protons i 55 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,91 s. Decau majoritàriament (74,8%) a criptó-90 (amb emissió d’un electró) o, alternativament (25,2%), a criptó-89 (amb emissió d’un neutró i d’un electró).
– brom-91 (91Br; 90,93397 uma). Nucli format per 35 protons i 56 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,541 s. Decau majoritàriament (80%) a criptó-91 (amb emissió d’un electró) o, alternativament (20%), a criptó-90 (amb emissió d’un neutró i d’un electró).
– brom-92 (92Br; 91,93926 uma). Nucli format per 35 protons i 57 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,343 s. Decau majoritàriament (66,9%) a criptó-92 (amb emissió d’un electró) o, alternativament (33,1%), a criptó-91 (amb emissió d’un neutró i d’un electró).
– brom-93 (93Br; 92,94305 uma). Nucli format per 35 protons i 58 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,102 s. Decau majoritàriament (89%) a criptó-93 (amb emissió d’un electró) o, alternativament (11%) a criptó-92 (amb emissió d’un neutró i d’un electró).
– brom-94 (94Br; 93,94868 uma). Nucli format per 35 protons i 59 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,070 s. Decau majoritàriament (70%) a criptó-94 (amb emissió d’un electró) o, alternativament (30%), a criptó-93 (amb emissió d’un neutró i d’un electró).
– brom-95 (95Br; 94,95287 uma). Nucli format per 35 protons i 60 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,05 s.
– brom-96 (96Br; 95,95853 uma). Nucli format per 35 protons i 61 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,02 s.
– brom-97 (97Br; 96,96280 uma). Nucli format per 35 protons i 62 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,01 s.

L’àtom neutre de brom conté 35 electrons, amb una configuració basal d’escorça de 1s22s22p63s23p63d104s24p5. Se situa, doncs, en la casella del període 4 i del grup 17 (halògens, el grup del fluor), dins del bloc p. El brom és comptat entre els no-metalls diatòmics (Br2). Els estats d’oxidació més habituals són +7 (Br7+; cessió dels set electrons de la capa 4; com en el cas de l’anió perbromat BrO4), +5 (Br5+; cessió dels cinc electrons del nivell 4p; com en el cas del anió bromat BrO3), +3 (Br3+), +1 (Br+) i -1 (Br; acceptació d’un electró fins completar la capa 4; com en el cas del gas HBr, o de l’anió hipobromit, BrO). Ocasionalment el podem trobar en estat +4 i 0 (com en Br2). El radi atòmic és de 1,20•10-10 m, i el radi de Van der Waals és de 1,85•10-10 m.

Recipient amb brom elemental (Br2)

En condicions estàndards de pressió i de temperatura, el brom elemental es presenta com un líquid diatòmic (Br2), força dens (3102,8 kg•m-3 a 273 K i 101325 Pa), mòbil i d’un color roig-bru. Amb una energia d’evaporació relativament baixa (29,96 KJ•mol-1), forma un vapor de color taronja.

Vial de brom elemental en un cub acrílic. Dins del vial, veiem la fase líquida, d’un color bru fosc, i la fase de vapor, de tonalitat taronja. Dels elements de la taula periòdica, sols el mercuri i el brom són líquids en condicions ambientals, per bé que el cesi, el gal•li i el rubidi poden trobar-se en estat líquid a temperatures no massa elevades.

En condicions estàndards de pressió, el punt de fusió es troba a 265,8 K.

En condicions estàndards de temperatura, a pressions superiors a 55 GPa, el brom elemental esdevé un sòlid metàl•lic. A 75 GPa, adquireix amb una estructura cristal•lina ortoròmbica centrada en les cares. A 100 GPa, el brom diatòmic deixa pas a un brom monoatòmic, i l’estructura cristal•lina ortoròmbica passa a ser centrada en el cos.

En condicions estàndards de pressió, el punt d’ebullició és a 332,0 K. El brom elemental gasós fa una pudor desagradable que recorda a la del clor.

Pel que fa a la realitat, el brom ocupa una posició intermèdia entre el gas clor (més reactiu) i el iode (menys reactiu). Reacciona amb pràcticament tots els metalls, donant lloc a bromurs metàl•lics, particularment en presència d’aigua. També és molt reactiu amb la majoria de compostos orgànics. Forma fàcilment enllaços covalents amb no-metalls. La reactivitat és afavorida en condicions (il•luminació, presència d’aigua, etc.) que afavoreixen la formació de radical brom (Br2 → 2 Br•). Aquesta reactivitat és la que explica el seu efecte emblanquinador, per bé que no tingui la mateixa potència que el clor i el seus compostos. El brom elemental és poc soluble en aigua, i ho és força més en solvents orgànics.

El brom, com correspon als elements de nombre Z imparell, és menys abundant que els dos elements, seleni i criptó, que el flanquegen en la taula periòdica. Aquesta abundància relativa depèn de les reaccions de nucleosíntesi estel•lar i de les diferents rutes de desintegració dels diferents isòtops, algunes de les quals convergeixen als dos isòtops estables del brom, 79Br i 81Br, que es reparteixen gairebé a parts iguales la freqüència d’aquest element. Dels elements de Z inferior, només són menys abundants, en termes atòmics, que el brom, l’arsènic i el beril•li. Dels elements de Z superior, a banda del criptó, tan sols el supera en termes atòmics l’estronci.

En el planeta Terra, l’abundància atòmica del brom és de 0,097 ppm, que es tradueix a 0,30 ppm en termes de massa. Element litòfil, la concentració en l’escorça terrestre, és una mica més elevada (0,4 ppm en termes de massa). Per la seva mobilitat la concentració en sòls és bastant més elevada, amb rangs que van de 5 a 40 ppm, i que poden arribar a 500 ppm en alguns sòls volcànics. En tot cas, el trobem en forma de sals (bromurs).

Per la seva solubilitat, les sals de bromur passen a la hidrosfera, seguint un cicle similar de rentat/precipitació, però en una escala molt inferior, a la dels clorurs. La concentració d’ió bromur (Br) és variable. La concentració típica oceànica és de 67,3 ppm. A la Mar Morta, assoleix una concentració de 0,05%, que encara és superada en pous de salmorra.

Les concentracions de brom en l’atmosfera són molt limitades (de l’ordre de ppb, en termes de massa).

El brom és un oligoelement essencial per a un ample ventall d’organismes. El podem trobar en la biosfera en forma d’ió bromur o de compostos organobromats. De les fonts biològiques de compostos organobromats la més destacada és la d’organismes marins, com ara algues. Entre els enzims implicats en la síntesi de compostos organobromats hi ha diverses bromoperoxidases, com ara la vanadi-bromoperoxidasa, que juga un paper quantitativament rellevant (Butler & Franklin, 2004). El compost organobromat més abundant, el bromur de metil (CH3Br), és produït per algues marines a una taxa anual de 56000 tones. El bromoform (CHBr3) és, amb un 80%, el component principal de l’oli essencial del rodòfit Asparagopsis taxiformis, emprat com a condiment en la cuina hawaiana.

El porpra de Tir s’obté a partir de la secreció de la glàndula hipobranquial de caragols marins de la família dels murícids (Bolinus brandaris, Hexaplex trunculus, Stramonita haemastoma). En el 1909, Paul Friedländer (1857-1923) va identificar químicament el pigment del porpre de Tir com a 6,6’-dibromoindigo, un compost organobromat que ja havia estat sintetitzat químicament en el 1903. Sembla que ja fou utilitzat pels cananeus en el segle XVI a.e.c., que l’apreciaren per la facilitat amb la qual tenyia, i la seva resistència al desgast i a la llum solar. És simptomàtic que el nom grec dels cananeus, fenicis, hagi estat influït pel terme φοινός, que faria referència a aquest porpra. Objecte de luxe, les robes tenyides esdevingueren sinònim de poder, especialment a Roma, on fou emprat en peces cerimonials. La porpra esdevingué llavors sinònim d’imperi. Aquest ús es mantindria en la cort imperial romana fins a l’època de la Quarta Croada (1204).

McCall et al. (2014) han mostrat recentment que l’ió Br és un cofactor per a la formació de creuaments de sulfilimina que catalitza la peroxidasina, dins del procés de formació de la col•làgena IV de les membranes basals de nombrosos epitelis animals. De fet, aquesta és l’única funció biològica coneguda en l’organisme humà.

En el cos humà, el brom es troba bàsicament en forma d’ió bromur (Br), amb una abundància atòmica de 0,33 ppm (2,9 ppm en termes de massa). Així, en una persona de 70 kg, hi hauria un contingut de brom de 260 mg.

El brom elemental és tòxic i pot induir cremades, per la seva acció oxidant. En condicions àcides i en presència de permanganats, l’ió bromur pot donar lloc a Br2.

Evolució de la producció mundial de brom

La producció mundial de brom és de 580.000 tones anuals. Les principals zones de producció són la Mar Mort i pous salins (Shandong, Arkansas, etc.), associats doncs a conques evaporítiques. Els bromurs extrets són convertits en brom diatòmic a través d’un corrent d’aire carregat de gas clor (2 Br + Cl2 → 2 Cl + Br2).

Les salines al sud de la Mar Morta constitueixen una font comercial de brom

Per consideracions ambientals i, particularment pel seu efecte contra la capa estratosfèrica d’ozó, la fabricació de diversos compostos organobromats de síntesi s’ha restringit considerablement (Protocol de Montréal). De totes formes, el brom i els seus compostos, inorgànics i orgànics, troben diverses aplicacions industrials:
– piroretardants. L’ús de compostos de brom com a piroretardants és quantitativament l’aplicació més important, i es troba en creixement. La base comuna és la generació, durant l’incendi, d’àcid hipobròmic (HBr), que interfereix en les reaccions d’oxidació que permeten la continuació del foc. La introducció de brom en polímers i plàstics pot fer-se durant la polimerització o després.
– additiu en bezina. L’1,2-dibromoetà (dibromur d’etilè) és emprat en benzines amb plom. A través de la formació de bromur de plom, eliminat pel tub d’escapament, retira l’excés de plom. En els anys 1960, aquesta era quantitativament la principal aplicació del brom en els països industrialitzats. Les regulacions ambientals respecte d’aquest compost i, més generalment, del plom, n’han reduït considerablement l’ús.
– pesticides. Històricament, el bromometà i l’1,2-dibromoetans han estat utilitzats com a pesticides agrícoles (aplicats en el sòl) i domèstics. Les regulacions vinculades al Protocol de Montréal n’han restringit en l’ús, i així en l’ús domèstic han estat substituïts pel SO2F2 i similars.
– fluids de perforació. Solucions denses de bromurs de calci, sodi o zinc, són emprades en la confecció de fluids utilitzats per ajudar a perforacions geològiques.
– bromació d’aigües. En algunes situacions, la bromació apareix com una alternativa a cloració, especialment quan la desinfecció s’ha de fer en aigües de temperatures elevades. Com en el cas de la cloració, el brom necessari és generat in situ a través de la reacció de bromur amb peròxid d’hidrogen.

El bromur com a sedatiu

Bromur potàssic

Les sals de brom i, particularment, el bromur potàssic (KBr) començaren a ser produïdes de forma massiva en els anys 1860. No gaire més tard, trobaren aplicació per les seves propietats “anticonvulsives” i “sedatives”.

L’administració crònica de dosis diàries de 0,5-1 grams de KBr o de LiBr pot conduir a una elevació dels nivells corporals de bromur, degut a la capacitat limitada d’excreció de l’organisme humà (on el brom té una semivida d’eliminació de 9-12 dies). Aquests nivells eren depassats sovint, ja que la dosi terapèutica de bromur (per aconseguir els efectes sedatius cercats) era de 3-5 grams. L’acumulació de brom (bromisme) esdevingué aviat un problema mèdic per ell mateix, sobretot pels efectes neuropsíquics (somnolència, psicosi, atacs convulsius, deliri). En el tombant dels segles XIX-XX, vora un 5-10% dels ingressos en hospitals psiquiàtrics es relacionaven amb el bromisme. La ironia era que presentaven un quadre simptomàtic força similar al que havia donat lloc a la medicació amb bromur.

La intoxicació crònica amb bromur pot produir una erupció acneïforme, postular i eritematosa. La imatge procedeix de l’edició del 1905 de “An introduction to dermatology”, de Norman Purvis Walker

Els mecanismes d’acció que explicaven els efectes sedatius del brom eren els mateixos que n’explicaven els efectes indesitjables. El problema consistia en l’estret marge terapèutic per aconseguir-ne els primer sense els darrers. Potser per això, hom desenvolupà altres vehicles per administrar brom. Mitjançant síntesi química, hom podia produir oli vegetal bromurat, que començà a entrar en la formulació de refrescs de llimona en el 1931. En el 1958, les autoritats nord-americanes classificaren l’oli vegetal bromurat com a producte “generalment reconegut com a segur” (GRAS). Però aquesta consideració fou retirada en el 1970. A la Unió Europea, actualment, l’oli vegetal bromurat fou eventualment prohibit. Als Estats Units se’l continuà utilitzant, sobretot com a emulsionant en el procés de producció de la beguda, bo i limitant les concentracions a unes 8 ppm del producte final. EL passat mes de maig, les principals companyies nord-americanes, Coca-Cola i PepsiCo anunciaven que eliminarien l’oli vegetal bromurat dels seus productes.

El Bromo-Seltzer fou ideat per Isaac E. Emerson, de Baltimore, en el 1888, amb bromur de sodi com a ingredient actiu, per guarir dolors de cap, indigestions, etc. La fórmula inclogué després acetanilida. No fou fins el 1975, que hom retirà el bromur. Es ven encara avui, amb paracetamol, bicarbonat sòdic i àcid cítric com a ingredients.

Però fou sobretot l’aparició d’altres fàrmacs anticonvulsius i sedatius, especialment a partir dels anys 1940, les que arraconarien l’ús del bromur. L’abús que se n’havia fet en hospitals psiquiàtrics (que arribaven a consumir quilograms sinó tones de KBr) en el tombant dels segles XIX i XX, sens dubte va influir en les històries casernàries que comentàvem al començament.

Tot i que en el 1912, el fenobarbital començà a desplaçar el bromur potàssic en el tractament de l’epilèpsia, encara avui formulacions com el K•BroVet, una solució oral de KBr de 250 mg/mL, és emprada com a fàrmac antiepilèptic per a gossos als Estats Units. El KBr també és emprat encara en humans, sobretot davant d’algunes formes severes d’atacs epilèptics en infants

Arxivat a Ciència i Tecnologia
%d bloggers like this: