ЙОД: ИСТОРИЯ, СВОЙСТВА, СТРУКТУРА, ПОЛУЧЕНИЕ, РИСКИ, ПРИМЕНЕНИЕ - ХИМИЯ - 2026

Йода является реактивным , не - металлический элемент , принадлежащий к группе 17 периодической таблицы элементов (галогены) и представлена химическим символом I. Это, по существу элемент довольно широко не известно из йода водой до гормона тирозина .

В твердом состоянии йод темно-серого цвета с металлическим блеском (нижнее изображение), способный при сублимации образовывать пар фиолетового цвета, который при конденсации на холодной поверхности оставляет темный осадок. Эксперименты по демонстрации этих характеристик многочисленны и интересны.

Прочные кристаллы йода. Источник: BunGee

Этот элемент был впервые выделен Бернаром Куртуа в 1811 году при получении соединений, которые служили сырьем для производства нитрата. Однако Куртуа не идентифицировал йод как элемент, заслуга, которую разделяют Джозеф Гей-Люссак и Хамфри Дэви. Гей-Люссак определил этот элемент как «iode», термин, произошедший от греческого слова «ioides», которым был обозначен фиолетовый цвет.

Элементарный йод, как и другие галогены, представляет собой двухатомную молекулу, состоящую из двух атомов йода, связанных ковалентной связью. Ван-дер-Ваальсово взаимодействие между молекулами йода является самым сильным среди галогенов. Это объясняет, почему йод является галогеном с самыми высокими температурами плавления и кипения. Кроме того, он наименее реакционноспособен из галогенов и имеет наименьшую электроотрицательность.

Йод - важный элемент, который необходимо принимать внутрь, так как он необходим для роста организма; мозг и умственное развитие; метаболизм в целом и т. д., рекомендуется ежедневная доза 110 мкг / день.

Дефицит йода во внутриутробном состоянии человека связан с появлением кретинизма - состояния, характеризующегося замедлением роста тела; а также недостаточное умственное и интеллектуальное развитие, косоглазие и др.

Между тем дефицит йода в любом возрасте у человека связан с появлением зоба, характеризующегося гипертрофией щитовидной железы. Зоб является эндемическим заболеванием, поскольку он ограничен определенными географическими районами со своими особенностями питания.

История

открытие

Йод был открыт французским химиком Бернаром Куртуа в 1811 году, когда он работал со своим отцом над производством нитрата, для чего требовался карбонат натрия.

Это соединение было выделено из морских водорослей, собранных у берегов Нормандии и Бретани. С этой целью водоросли сжигали, а золу промывали водой, а полученные остатки уничтожали добавлением серной кислоты.

Однажды, возможно по случайной ошибке, Куртуа добавил избыток серной кислоты, и образовался пурпурный пар, который кристаллизовался на холодных поверхностях, оседая в виде темных кристаллов. Куртуа заподозрил, что он находится в присутствии нового элемента, и назвал его «Веществом X».

Куртуа обнаружил, что это вещество при смешивании с аммиаком образует коричневое твердое вещество (трииодид азота), которое взрывается при малейшем контакте.

Однако Куртуа был ограничен в продолжении своих исследований и решил передать образцы своей субстанции Шарлю Десормсу, Николя Клеману, Жозефу Гей-Люссаку и Андре-Мари Амперу, чтобы добиться их сотрудничества.

Появление названия

В ноябре 1813 года Десорм и Клеман обнародовали открытие Куртуа. В декабре того же года Гей-Люссак указал, что новое вещество может быть новым элементом, предложив название «iode» от греческого слова «ioides», обозначающего фиолетовый.

Сэр Хамфри Дэви, получивший часть образца, переданного Амперу Куртуа, экспериментировал с образцом и отметил сходство с хлором. В декабре 1813 года Лондонское королевское общество участвовало в выявлении нового элемента.

Хотя между Гей-Люссаком и Дэви возникла дискуссия об идентификации йода, они оба признали, что Куртуа был первым, кто выделил его. В 1839 году Кертуа наконец получил премию Монтина от Королевской академии наук за признание выделения йода.

Историческое использование

В 1839 году Луи Дагер впервые применил йод в коммерческих целях, изобретя метод получения фотографических изображений, называемых дагерротипами, на тонких металлических листах.

В 1905 году североамериканский патолог Дэвид Марин исследовал дефицит йода при некоторых заболеваниях и рекомендовал его прием.

Физические и химические свойства

Внешность

Сублимация кристаллов йода. Источник: Ершова Елизавета

Твердый темно-серый с металлическим блеском. При сублимации его пары имеют фиолетовый цвет (верхнее изображение).

Стандартный атомный вес

126,904 ед.

Атомный номер (Z)

53

Температура плавления

113,7 ºC

Точка кипения

184,3 ºC

плотность

Температура окружающей среды: 4,933 г / см ³

Растворимость

Он растворяется в воде с образованием коричневых растворов с концентрацией 0,03% при 20 ºC.

Эта растворимость значительно повышается, если присутствуют ранее растворенные иодид-ионы, поскольку _{устанавливается} равновесие между I ^- и I ₂ с образованием анионных частиц I ₃ ^- , которые сольватируются лучше, чем йод.

В органических растворителях, таких как хлороформ, четыреххлористый углерод и сероуглерод, йод растворяется, давая пурпурный оттенок. Кроме того, он растворяется в азотистых соединениях, таких как пиридин, хинолин и аммиак, снова с образованием коричневатого раствора.

Разница в окраске заключается в том, что йод растворяется в виде сольватированных молекул I ₂ или комплексов с переносом заряда; последние появляются при работе с полярными растворителями (в том числе с водой), которые ведут себя как основания Льюиса, отдавая электроны йоду.

запах

Острый, раздражающий и характерный. Порог запаха: 90 мг / м ³ и порог раздражающего запаха: 20 мг / м ³ .

Коэффициент разделения октанол / вода

Журнал P = 2,49

Разложение

При нагревании до разложения выделяет дым йодистого водорода и различных йодистых соединений.

Вязкость

2,27 сП при 116 ºC

Тройная точка

386,65 К и 121 кПа

Критическая точка

819 К и 11,7 МПа

Теплота плавления

15,52 кДж / моль

Теплота испарения

41,57 кДж / моль

Молярная калорийность

54,44 Дж / (моль К)

Давление газа

Йод имеет умеренное давление пара, и когда контейнер открывается, он медленно сублимируется до фиолетового пара, раздражающего глаза, нос и горло.

Числа окисления

Степени окисления йода: - 1 (I ^- ), +1 (I ⁺ ), +3 (I ³⁺ ), +4 (I ⁴⁺ ), +5 (I ⁵⁺ ), +6 ( I ⁶⁺ ) и +7 (I ⁷⁺ ). Во всех иодидных солях, таких как KI, йод имеет степень окисления -1, так как в них есть анион I ^- .

Йод приобретает положительную степень окисления, когда он сочетается с элементами более электроотрицательными, чем он; например, в его оксидах (I ₂ O ₅ и I ₄ O ₉ ) или интергалогенированных соединениях (IF, I-Cl и I-Br).

Электроотрицательность

2,66 по шкале Полинга

Энергия ионизации

Первая: 1008,4 кДж / моль

Второй: 1845 кДж / моль

Третий: 3180 кДж / моль

Теплопроводность

0,449 Вт / (м · К)

Удельное электрическое сопротивление

1,39 · 10 ⁷ Ом · м при 0 ºC

Магнитный заказ

Диамагнитный

Реактивность

Йод соединяется с большинством металлов с образованием йодидов, а также неметаллических элементов, таких как фосфор и другие галогены. Иодид-ион - сильный восстановитель, самопроизвольно выделяющий электрон. Окисление йодида дает коричневатый оттенок йода.

Йод, в отличие от йодида, является слабым окислителем; слабее брома, хлора и фтора.

Йод со степенью окисления +1 может соединяться с другими галогенами со степенью окисления -1, давая галогениды йода; например: бромид йода, IBr. Точно так же он соединяется с водородом с образованием йодистого водорода, который после растворения в воде называется йодистоводородной кислотой.

Йодоводородная кислота - очень сильная кислота, способная образовывать йодиды при реакции с металлами или их оксидами, гидроксидами и карбонатами. Йод имеет степень окисления +5 в йодной кислоте (HIO ₃ ), которая дегидратируется с образованием пятиокиси йода (I ₂ O ₅ ).

Структура и электронная конфигурация

- Атом йода и его связи

Двухатомная молекула йода. Источник: Benjah-bmm27 через Википедию.

Йод в своем основном состоянии состоит из атома, который имеет семь валентных электронов, и только один из них может завершить свой октет и стать изоэлектронным с благородным газом ксеноном. Эти семь электронов расположены на своих 5s и 5p орбиталях в соответствии с их электронной конфигурацией:

4д ¹⁰ 5с ² 5п ⁵

Следовательно, атомы I демонстрируют сильную тенденцию к ковалентным связям, так что каждый в отдельности имеет восемь электронов на своей внешней оболочке. Таким образом, два атома I соединяются и образуют связь II, которая определяет двухатомную молекулу I ₂ (верхнее изображение); молекулярная единица йода в трех его физических состояниях при нормальных условиях.

На изображении показана молекула I ₂ , представленная моделью пространственного заполнения. Это не только двухатомная молекула, но также гомоядерная и аполярная; поэтому их межмолекулярные взаимодействия (I ₂ - I ₂ ) регулируются лондонскими дисперсионными силами, которые прямо пропорциональны их молекулярной массе и размеру атомов.

Эта связь II, однако, слабее по сравнению с другими галогенами (FF, Cl-Cl и Br-Br). Теоретически это связано с плохим перекрытием их гибридных sp ³ орбиталей .

- Кристаллы

Молекулярная масса I ₂ позволяет его дисперсионным силам быть направленными и достаточно сильными, чтобы образовать ромбический кристалл при атмосферном давлении. Его высокое содержание электронов заставляет свет способствовать бесконечным энергетическим переходам, из-за чего кристаллы йода окрашиваются в черный цвет.

Однако когда йод сублимируется, его пары приобретают фиолетовый цвет. Это уже свидетельствует о более специфическом переходе внутри молекулярных орбиталей I ₂ (более высоких энергий или антисвязывания).

Орторомбическая элементарная ячейка с центром в основании для кристалла йода. Источник: Benjah-bmm27.

Выше показаны молекулы I ₂ , представленные в виде сфер и стержней, расположенные внутри орторомбической элементарной ячейки.

Видно, что есть два слоя: нижний с пятью молекулами и средний с четырьмя. Также обратите внимание, что молекула йода находится в основании клетки. Стекло создается путем периодического распределения этих слоев во всех трех измерениях.

При перемещении в направлении, параллельном связям II, обнаруживается, что орбитали йода перекрываются, образуя зону проводимости, которая делает этот элемент полупроводником; однако его способность проводить электричество исчезает, если следовать направлению, перпендикулярному слоям.

Расстояния связи

Связь II, кажется, расширилась; и на самом деле это так, поскольку длина его связи увеличивается с 266 мкм (газообразное состояние) до 272 мкм (твердое состояние).

Это может быть связано с тем, что молекулы I ₂ очень далеко друг от друга в газе , а их межмолекулярные силы почти ничтожны; тогда как в твердом теле эти силы (II - II) становятся ощутимыми, притягивая атомы йода двух соседних молекул друг к другу и, следовательно, сокращая межмолекулярное расстояние (или межатомное, если смотреть по-другому).

Затем, когда кристалл йода сублимируется, связь II сжимается в газовой фазе, поскольку соседние молекулы больше не оказывают той же силы притяжения (рассеивания) на свое окружение. И также, по логике, увеличивается расстояние I ₂ - I ₂ .

- Фазы

Ранее упоминалось, что связь II более слабая по сравнению с другими галогенами. В газовой фазе при температуре 575 ° C 1% молекул I ₂ распадается на отдельные атомы I. Тепловой энергии так много, что сразу два «я» соединяются, и они расходятся, и так далее.

Точно так же разрыв связи может произойти, если к кристаллам йода приложить огромное давление. Сжимая его слишком сильно (под давлением, в сотни тысяч раз превышающим атмосферное), молекулы I ₂ перестраиваются в одноатомную фазу I, и тогда говорят, что йод проявляет металлические свойства.

Однако существуют и другие кристаллические фазы, такие как: объемноцентрированная орторомбическая (фаза II), объемноцентрированная тетрагональная (фаза III) и гранецентрированная кубическая (фаза IV).

Где найти и получить

Йод имеет весовое соотношение по отношению к земной коре 0,46 частей на миллион, занимая 61-е место по содержанию в нем. Иодидные минералы встречаются в дефиците, и коммерчески доступные месторождения йода представляют собой йодаты.

Минералы йода обнаружены в магматических породах с концентрацией от 0,02 до 1,2 мг / кг и в магматических породах с концентрацией от 0,02 до 1,9 мг / кг. Его также можно найти в сланцах Киммериджа в концентрации 17 мг / кг веса.

Кроме того, йодные минералы содержатся в фосфатных породах в концентрации от 0,8 до 130 мг / кг. В морской воде концентрация йода составляет от 0,1 до 18 мкг / л. Ранее основными источниками йода были водоросли, губки и устрицы.

Однако в настоящее время основными источниками являются каличе, месторождения нитрата натрия в пустыне Атакама (Чили) и рассолы, в основном из японского газового месторождения в Минами Канто, к востоку от Токио, и газового месторождения Анадарко. Бассейн в Оклахоме (США).

Калише

Йод извлекается из калише в виде йодата и обрабатывается бисульфитом натрия, чтобы восстановить его до йодида. Затем раствор реагирует со свежеэкстрагированным йодатом, чтобы облегчить его фильтрацию. Калише был основным источником йода в XIX и начале XX веков.

Рассол

После очистки рассол обрабатывают серной кислотой, в результате чего образуется йодид.

Этот раствор йодида впоследствии реагирует с хлором с образованием разбавленного раствора йода, который испаряется потоком воздуха, который направляется в абсорбционную колонну диоксида серы, вызывая следующую реакцию:

I ₂ + 2 H ₂ O + SO ₂ => 2 HI + H ₂ SO ₄

Впоследствии газообразный йодистый водород реагирует с хлором с высвобождением йода в газообразном состоянии:

2 HI + Cl ₂ => I ₂ + 2 HCl

И, наконец, йод фильтруется, очищается и упаковывается для использования.

Биологическая роль

- Рекомендуемая диета

Йод является важным элементом, поскольку он участвует в многочисленных функциях живых существ, которые особенно известны людям. Йод может попасть в человека только через пищу, которую он ест.

Рекомендуемая йодная диета зависит от возраста. Таким образом, ребенку в возрасте 6 месяцев требуется потребление 110 мкг в день; Но с 14 лет рекомендуемая диета - 150 мкг / день. Кроме того, утверждается, что потребление йода не должно превышать 1100 мкг / день.

- Гормоны щитовидной железы

Тиреотропный гормон (ТТГ) секретируется гипофизом и стимулирует поглощение йода фолликулами щитовидной железы. Йод переносится в фолликулы щитовидной железы, известные как коллоиды, где он связывается с аминокислотой тирозином с образованием монойодтирозина и дииодтирозина.

В фолликулярном коллоиде молекула монойодтиронина соединяется с молекулой дийодтиронина с образованием молекулы, называемой трийодтиронином (Т ₃ ). С другой стороны, две молекулы дииодтирозина могут соединяться вместе, образуя тетрайодтиронин (Т ₄ ). Т ₃ и Т ₄ называются гормонами щитовидной железы.

Гормоны Т ₃ и Т ₄ секретируются в плазму, где они связываются с белками плазмы; в том числе белок-переносчик гормонов щитовидной железы (TBG). Большинство гормонов щитовидной железы транспортируются в плазме в виде Т ₄ .

Однако активной формой гормонов щитовидной железы является Т ₃ , поэтому Т ₄ в «белых органах» гормонов щитовидной железы подвергается дейодированию и превращается в Т ₃ для проявления своего гормонального действия.

Эффекты править

Эффекты действия гормонов щитовидной железы многочисленны, возможны следующие: усиление метаболизма и синтеза белка; содействие росту тела и развитию мозга; повышение артериального давления и пульса и др.

- дефицит

Дефицит йода и, следовательно, гормонов щитовидной железы, известный как гипотиреоз, имеет многочисленные последствия, которые зависят от возраста человека.

Если дефицит йода возникает во время плода человека, наиболее важным последствием является кретинизм. Это состояние характеризуется такими признаками, как нарушение психической функции, задержка физического развития, косоглазие и задержка полового созревания.

Дефицит йода может вызвать зоб независимо от возраста, в котором возникает дефицит. Зоб - это чрезмерное развитие щитовидной железы, вызванное чрезмерной стимуляцией железы гормоном ТТГ, выделяемым гипофизом в результате дефицита йода.

Чрезмерный размер щитовидной железы (зоб) может сдавливать трахею, ограничивая прохождение через нее воздуха. Кроме того, это может вызвать повреждение гортанных нервов, что может привести к охриплости голоса.

риски

Отравление от чрезмерного употребления йода может вызвать ожоги рта, горла и жар. Также боль в животе, тошнота, рвота, диарея, слабый пульс и кому.

Избыток йода вызывает некоторые из симптомов, наблюдаемых при его дефиците: происходит подавление синтеза гормонов щитовидной железы, что увеличивает высвобождение ТТГ, что приводит к гипертрофии щитовидной железы; то есть зоб.

Исследования показали, что чрезмерное потребление йода может вызвать тиреоидит и папиллярный рак щитовидной железы. Кроме того, чрезмерное потребление йода может взаимодействовать с лекарствами, ограничивая их действие.

Прием слишком большого количества йода в сочетании с антитиреоидными препаратами, такими как метимазол, которые используются для лечения гипертиреоза, может иметь аддитивный эффект и вызывать гипотиреоз.

Ингибиторы ангиотензинпревращающего фермента (АПФ), такие как беназеприл, используются для лечения гипертонии. Прием чрезмерного количества йодида калия увеличивает риск гиперкалиемии и гипертонии.

Приложения

Врачи

Йод действует как дезинфицирующее средство для кожи или ран. Он обладает почти мгновенным антимикробным действием, проникая внутрь микроорганизмов и взаимодействуя с серными аминокислотами, нуклеотидами и жирными кислотами, что вызывает гибель клеток.

Он оказывает свое противовирусное действие в основном на покрытые вирусы, постулируя, что он атакует белки на поверхности покрытых вирусов.

Йодид калия в виде концентрированного раствора применяется при лечении тиреотоксикоза. Он также используется для контроля эффектов излучения ¹³¹ I, блокируя связывание радиоактивного изотопа с щитовидной железой.

Йод используется при лечении дендритного кератита. Для этого роговица подвергается воздействию водяного пара, насыщенного йодом, временно теряя эпителий роговицы; но есть полное выздоровление от него за два-три дня.

Также йод оказывает благотворное влияние при лечении муковисцидоза груди человека. Точно так же было высказано предположение, что ^131I может быть дополнительным лечением рака щитовидной железы.

Реакции и каталитическое действие

Йод используется для обнаружения крахмала, придающего голубой оттенок. Реакция йода с крахмалом также используется для обнаружения поддельных банкнот, напечатанных на бумаге, содержащей крахмал.

Тетраиодомеркурат калия (II), также известный как реактив Несслера, используется для обнаружения аммиака. Кроме того, в йодоформном тесте используется щелочной раствор йода, чтобы показать присутствие метилкетонов.

Неорганические йодиды используются для очистки металлов, таких как титан, цирконий, гафний и торий. На одной стадии процесса должны образоваться тетраиодиды этих металлов.

Йод служит стабилизатором канифоли, масла и других изделий из дерева.

Йод используется в качестве катализатора в реакциях органического синтеза метилирования, изомеризации и дегидрирования. Между тем йодистоводородная кислота используется в качестве катализатора для производства уксусной кислоты в процессах Monsanto и Cativa.

Йод действует как катализатор в конденсации и алкилировании ароматических аминов, а также в процессах сульфатирования и сульфатирования, а также в производстве синтетических каучуков.

Фотография и оптика

Иодид серебра является важным компонентом традиционной фотопленки. Йод используется в производстве электронных инструментов, таких как монокристаллические призмы, поляризационные оптические инструменты и стекло, способное передавать инфракрасные лучи.

Другое использование

Йод используется в производстве пестицидов, анилиновых красителей и фталеина. Кроме того, он используется в синтезе красителей и является средством тушения дыма. И, наконец, йодид серебра служит ядром конденсации водяного пара в облаках, чтобы вызвать дождь.

Ссылки

1. Шивер и Аткинс. (2008). Неорганическая химия . (Четвертое издание). Мак Гроу Хилл.
2. Стюарт Ира Фокс. (2003). Физиология человека. Первое издание. Редактировать. McGraw-Hill Interamericana
3. Wikipedia. (2019). Йод. Получено с: en.wikipedia.org
4. Такемура Кеничи, Сато Киоко, Фуджихиса Хироси и Онода Мицуко. (2003). Модулированная структура твердого йода при его молекулярной диссоциации под высоким давлением. Том 423, страницы 971–974. doi.org/10.1038/nature01724
5. Chen L. et al. (1994). Структурные фазовые переходы йода при высоком давлении. Институт физики, Academia Sinica, Пекин. doi.org/10.1088/0256-307X/11/2/010
6. Стефан Шнайдер и Карл Кристе. (26 августа 2019 г.). Йод. Encyclopdia Britannica. Получено с: britannica.com
7. Доктор Дуг Стюарт. (2019). Факты об элементе йода. Chemicool. Получено с: chemicool.com
8. Национальный центр биотехнологической информации. (2019). Йод. База данных PubChem. CID = 807. Получено с: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
9. Ронер, Ф., Циммерманн, М., Йосте, П., Пандав, К., Колдуэлл, К., Рагхаван, Р., и Райтен, DJ (2014). Биомаркеры питания для развития - йодный обзор. Журнал питания, 144 (8), 1322S-1342S. DOI: 10.3945 / jn.113.181974
10. Адвамег. (2019). Йод. Объяснение химии. Получено с: chemistryexplained.com
11. Трэйси Педерсен. (19 апреля 2017 г.). Факты о йоде. Получено с: livescience.com
12. Меган Уэр, RDN, LD. (30 мая 2017 г.). Все, что вам нужно знать о йоде. Получено с: medicalnewstoday.com
13. Национальный институт здоровья. (9 июля 2019 г.). Йод. Получено с: ods.od.nih.gov