Бром: факты и фактики
Зачем бром медикам? Сразу после открытия брома в 1825 году его соли стали использовать в качестве успокоительного средства, а также для предотвращения конвульсий. Однако лишь спустя почти век, в 1910 году, один из учеников академика И.П.Павлова, П.М.Никифировский, получил первые сведения о механизме действия солей брома, поставив серию опытов. Собаке давали сухой мясной порошок и считали объем выделяющейся слюны. При этом действовали раздражителями громкими звуками, светом и так далее, чтобы выработать условный рефлекс. В ходе опытов собаку стали подкармливать молоком с добавкой бромида натрия, и через некоторое время она вообще перестала реагировать на любые раздражители. Следовательно, бром усиливает торможение нервных реакций. Кстати, после того, как опыты заканчивали, интерес к жизни у собаки восстанавливался.
Успокоительные препараты брома были очень популярны до конца XX века, пока вдруг не выяснилось, что злоупотребление ими приводит к серьезным психическим расстройствам и чуть ли не 2% клиентов сумасшедших домов — жертвы бромотерапии, так называемого бромизма. В 1975 году в США эти препараты были запрещены и постепенно ушли с рынка всех стран; современные транквилизаторы бромидов не содержат.
Каковы симптомы бромизма? Это могут быть как помутнение сознание, так и психозы с галлюцинациями. Вот как описывают авторы статьи в журнале «Postgraduate Medical Journal» (полный текст в PDF) последствия тридцатилетнего еженедельного приема чайной ложки бромида калия. У семидесятисемилетнего пациента, бывшего химика, содержание брома в крови было не столь уж велико — 400 мг/л (опасным считается уровень 100 мг/дл). Однако ему мерещились дурной запах в доме и электрические призраки, проникающие в дом по проводам от соседа; коварный сосед получил кирпич в крышу своей теплицы, что и послужило поводом для расследования. Были и другие знакомы психиатрам симптомы. При этом человек пребывал в трезвой памяти и здравом уме, демонстрируя IQ 120. После трехнедельного лечения содержание брома в крови уменьшилось до нуля, и душевное здоровье восстановилось. Другой случай более загадочен. В течение полутора лет пожилая медсестра пребывала в подавленном состоянии, страдала провалами в памяти, за что ее решили уволить. Исследование не выявило никаких странностей, кроме 310 мг/л брома в крови. За неделю бром из организма вывели, и состояние человека вернулось в норму. Однако откуда в ее организме взялся бром, медсестра не знала. Впоследствии у не однажды снова возникло такое состояние, и опять уровень брома оказался высоким — 250 мг/л.
Добавляют ли бром в чай солдатам для снижения полового влечения? Из предыдущего раздела понятно, что ни один человек в здравом уме не станет этого делать: при столь массовом использовании бромистых препаратов риск отравления чрезвычайно велик. Кроме того, как утверждают военврачи, если бы такое практиковалось, было бы наставление по применению препаратов и складские ведомости, а ничего этого нет. Миф же возник чрезвычайно давно, видимо, одновременно с появлением бромистых успокоительных солей, только об этом нет свидетельств. Как пишет Википедия, первые документированные слухи об использовании бромида калия в чае солдат британской армии относятся ко времени второй мировой войны. Тогда же в американской армии ходили рассказы о добавлении препарата брома в кофе. У советских допризывников были популярны байки о бромиде калия в чае и компоте; при этом никто не задумывается, что бромиды соленые на вкус. Возможно, распространению слухов способствовала практика добавления в эти блюда таинственного белого порошка — аскорбиновой кислоты. Строго говоря, сама по себе идея добавлять успокоительный бромид в пищу солдат — людей, от которых требуются быстрота реакций и агрессивность — выглядит странно.
Впрочем, ученые заметили свойство брома повышать выработку женских гормонов — у самок крыс соединение брома в дозе 45 мг вызывало повышение эстрогенной активности. Это исследование, проведенное И.Преслом и П.Клетечкой и опубликованное в журнале «Проблемы эндокринологии и гормонотерапии» за 1965 год — единственное упоминание о связи брома с половыми гормонами в базе научных публикаций PubMed.
Используются ли сейчас бромированые препараты? Да. Например, лекарство от кашля — бромгексин: его молекула содержит два атома брома. Это аналог вещества, извлекаемого из растения Adhatoda vasica; в природном веществе, однако, брома нет. Входит бром и в состав антисептика ксероформа — соединения висмута с трибромфенолом. Ксероформ составная часть знаменитой мази Вишневского, которую применяют для лечения разного рода повреждений кожи: язв, ожогов, гнойников.
Где еще используют бром и его соединения? До недавнего времени у брома было много больше профессий, чем теперь. Прежде всего, без него была невозможна фотография — именно частицы бромида серебра, нерастворимые в воде, но легко разлагающиеся на свету, служили основой качественных фотографических эмульсий. Теперь пленочно-бумажную черно-белую химическую фотографию практически вытеснила цифровая технология. Метилбромид использовали в качестве ядохимиката как на полях, так и для домашних фумигаторов. Однако Монреальский протокол по защите озонового слоя положил этому конец. Входил бром и в состав фреонов, которые также были запрещены считается, что бром ответственен за уничтожение 20—40% озона в озоновых дырах. Этиленбромид применяли в качестве добавки, повышающей октановое число бензина, причем на эти цели шла чуть ли не половина всего брома, но с 70-х годов и от этой добавки стали отказываться. Есть важные профессии, которых бром пока что не лишился, — он входит в состав катализаторов, применяемых в органическом синтезе, и препаратов для дубления кож. Растворы неорганических солей брома нефтяники закачивают в скважину для повышения выхода нефти. Издавна бромированные растительные масла применяют в качестве эмульгаторов. Например, они помогают растворить ароматические добавки в газированных напитках. Несмотря на ограничения в США использования брома с 70-х годов, эти масла используют до сих пор, например в напитке «Mountain Dew» производства компании «Coca-Cola».
Как добывают бром? Бром добывают хлорированием рапы — сильно концентрированной морской воды. Годовой объем производства составляет около полумиллиона тонн, а лидируют в нем США, Израиль, КНР и Иордания. Вообще же бром — весьма рассеянный элемент, практически не имеющий минералов. Это неудивительно, ведь большинство его собственных соединений растворимы, а размер атома так велик, что он не помещается в решетки других элементов. Именно поэтому морская вода — наиболее доступный его источник. Соответственно, больше всего брома содержится в водорослях и других морских организмах.
Как был открыт бром? Примерно таким же способом, каким его теперь и добывают. Вот что об этом писал кандидат химических наук Б.Я.Розен («Химия и жизнь», 1970, № 3). Первооткрыватель брома Антуан Жером Балар работал препаратором у профессора Ж.Ангада в университете Монпелье. Ему дали первое самостоятельное задание: изучить состав маточных растворов, из которых добывают морскую соль, а также морских водорослей. Во время работы он установил, что струя газообразного хлора, пропущенная через маточник, придает ему красно-бурую окраску. Еще интереснее вел себя щелок, полученный из водорослей: когда к нему добавляли хлорную воду и крахмал, жидкость делилась на два слоя — желтоватый верхний и синий нижний. Теперь-то понятно, что это хлор вытеснял бром и иод из их солей, содержащихся в морской воде. Балар же предположил, что желтую окраску дает какое-то соединение хлора с иодом, и долго пытался их разделить. После безуспешных попыток он все-таки выделил красящее вещество. Оно оказалось тяжелой красно-коричневой жидкостью с дурным запахом. Балар понял, что получен новый элемент, подготовил сообщение и послал образцы в Париж. Элемент он назвал мурид, от латинского слова «рассол». Академическая комиссия приняла результаты благосклонно, но порекомендовала назвать элемент, как и прочие галогены, по характерному свойству. Из-за запаха его и назвали бромом, что по-гречески значит «зловонный». Балар вскоре продвинулся по службе, и злые языки говорили, что не Балар открыл бром, а бром открыл Балара.
Интересно, что Юстус Либих незадолго до открытия Балара держал в своих руках бром. Какая-то компания прислала ему бутылку желтоватой воды с просьбой провести экспертизу. Либих этой работой не заинтересовался, предположив, что цвет дает опять-таки соединение хлора с иодом. Впоследствии он написал следующую фразу, которую очень полезно было бы прочитать многим нынешним радетелям за чистую науку: «Не может быть большего несчастья для химика, как то, когда он сам не способен освободиться от предвзятых идей, а старается дать всем явлениям, не сходящимся с этими представлениями, объяснения, не основанные на опыте».
Что такое цинк-бромный аккумулятор? Это один из перспективных аккумуляторов: очень дешев, легок, выдерживает две тысячи (а после техобслуживания и в два раза больше) циклов перезарядки, причем способен разряжаться полностью. При заряде такого аккумулятора металлический цинк осаждается на аноде, а бром собирается на катоде. При разрядке между ними происходит реакция и получается раствор бромида цинка. Помимо прочего, такой аккумулятор заряжается любым источником постоянного тока — по сути, это гальванический аппарат, — и не дает кислотных испарений, неизбежных у свинцово-сернокислотного. С испарением брома борются, обеспечивая его хранение на катоде или в пористом углероде, или в виде нестойкого соединения. Из-за того, что на аноде могут вырастать дендриты цинка, аккумулятор нужно раз в несколько дней полностью разряжать. Оптимальная конструкция аккумулятора еще не найдена, но инженеры над ней работают, а несколько компаний в США и КНР выпускают такие аккумуляторы для различных применений.
Каково сейчас основное применение брома? Бром в виде полибромдифенолов, их эфиров и схожих соединений оказался прекрасным гасителем пламени, способным хорошо смешиваться с полимерами. При горении такие соединения легко превращаются в бромоводород — HBr. Он реагирует со свободными радикалами водорода, кислорода или гидроксигруппы и нейтрализует их, то есть обрывает цепную реакцию, обеспечивающую горение. Такие добавки особенно популярны при производстве пластиков для изготовления электронных плат, но и многие другие материалы содержат эти вещества.
В связи с ростом объемов пластикового и электронного мусора возникает проблема высвобождения бромсодержащей органики в окружающую среду. Высвобождается она как в результате вымывания из закопанного мусора, так и при сжигании мусора на заводах. Измерения, проведенные в 2003 году, показали, что в килограмме электронных компонент содержится 3—4 грамма различных полибромфенолов, а также 5,5 грамма чистого брома и 1,7 грамма ртути. Попав в природу, эти вещества неизбежно станут передаваться по пищевой цепи, накапливаться и, возможно, воздействовать на здоровье людей. Пока что выявлено негативное влияние полибромфенолов на развитие мозга у новорожденных крысят, а также на изменение морфологии внутренних органов у взрослых крыс и кроликов. Действующая доза составляла десятки миллиграмм на килограмм живого веса.
Канцерогенные свойства этих веществ были замечены при высоких дозах, в граммы на килограмм веса. Что интересно, полибромфенолы накапливаются не только в природе, но и в техносфере — при вторичном использовании пластиков, полученных при переработке электронного мусора. Естественно, из таких пластиков запрещено делать пищевую упаковку. Однако, например, чешские исследователи обнаружили, что следы электроники присутствуют в семи из десяти черных пластиковых поддонов для еды: содержание полибромфенолов в них составляло от 57 до 5975 мг на килограмм изделия («Food Additives & Contaminants: Part A»). Была там и ртуть. Видимо, при развитии переработки пластмасс бромированные гасители пламени станут неизбежными составляющими любого пластика. Насколько это опасно, пока непонятно, но, похоже, дело идет к тому, что и эта область применения брома окажется под запретом.