Йод - описание свойств с фото; суточная потребность в данном веществе; описание его недостатка и избытка с симптомами; основные источники йода. Из чего делают йод? Переработка природных накопителей йода
Кошка бежала, хвостиком махнула. Это не сказка про курочку Рябу, а история открытия йода . Его обнаружили на парижском заводе, преобразующем натриевую селитру в калиевую. Первая отсыревала на воздухе, а вторая была дефицитом.
Превращение происходило при помощи золы, остающейся от сжигания водорослей. Метод изобрели в 1808-ом году, но в чем его секрет не знали. Не знала этого и кошка, за которой погнались рабочие фабрики. опрокинуло два сосуда – с серной кислотой и остаточными солями производства.
В воздух взметнулись фиолетовые пары. Это видел владелец завода Бернар Курт. Несколько опытов провел сам, потом передал информацию ученым. Итог – в 1814-ом году мир узнал о существовании нового элемента. Им стал йод .
Химические и физические свойства йода
Свойства йода обусвловлены его расположением в . Элемент зачислен в 7-ю группу. В ней собраны галогены – наиболее активные неметаллы. У йода, например, легко поляризуемая электронная оболочка.
То есть, ей не стоит труда разделиться в пространстве. Это позволяет катионам других элементов проникать в атом неметалла, масса которого, кстати, 127. «Гости» в электронной оболочке меняют ее, делая йод наиболее ковалентным из всех галогенов.
Проще говоря, элемент может образовывать больше разнообразных связей с другими атомами. Нередко йод поляризуется положительно. Такой атом наиболее активен. Выделяет его и цвет, тот самый фиолетовый.
Атом йода занесенный в таблицу Менделеева – природный экземпляр. Это стабильный изотоп с атомной массой 127. Искусственно получены и другие атомы с номерами 125, 129, 131.
Каждый из них – радиоактивный йод . Изотопы излучают бета- и гамма-лучи, применяются в медицине. Получают радиоактивный йод из продуктов деления урана. То есть, лабораториями служат атомные реакторы.
Стандартный йод можно совместить с большинством неметаллов и примерно 40% металлов. Благородные , , и не только, на 53-ий элемент не реагируют. Взаимодействие невозможно, так же, с , углеродом, кислородом и всеми инертными газами.
Йод ли изучаете, или его соединения, можно определить с помощью воды. Чистый элемент в ней почти не растворяется. Йодиты же, то есть соединения вещества со щелочными и щелочноземельными атомами, растворимы. В исходном виде 53-ий элемент исчезает в воде лишь при сильном нагреве.
Раствор йода легко получить, если использовать органику. Подойдут глицерин, сероуглерод или четыреххлористый углерод. Если растворитель бескислородный, он окрасится в фиолетовый. Если в жидкости есть атомы кислорода, йод сделает ее .
В чистом виде, при комнатной температуре, йод фиолетово-черный. Блеск вещества металлический, агрегатное состояние – . Они плотные – почти 5 граммов на кубический сантиметр.
Кристаллы сложены из молекул, в каждой из которых по 2 атома. В газообразное состояние вещество переходит при температуре 183 градуса. Получение йода жидкого возможно уже при 114-ти по шкале Цельсия.
Применение йода
Соли йода используют в стекольной промышленности. Речь о фарах автомобилей и светильников со спецэффектами. Главный эффект – йодиты служат фильтрами от встречных лучей света. Водители знают, как важно, порой, их нейтрализовать.
Этот процесс назван поляроидом и, собственно, впервые пригодился в фотографическом искусстве. Автор придумки – англичанин Уильям Толбот. Он был выдающимся химиком и физиком 19-го столетия.
В 21-ом веке правят цифровые технологии. Тем не менее, чтобы получить негатив фото до сих пор применяют йодистую разновидность . В сочетании с желатином она дает эмульсию, которой обмазывают подложку из стекла. На покрытие попадает свет, начинается выделение . Больше света – больше металла. Так и составляется картинка.
Йод применение нашел и в металлургии. Соединения элемента помогают получить металлы высокой чистоты. Разлагая йодиты термическим путем, промышленники извлекают, к примеру, ванадий и цирконий. Эти тугоплавкие элементы необходимы для многих ракетных сплавов и материй атомных реакторов.
В автомобильных подшипниках тоже можно найти йод. Какой в нем смысл? Элемент добавляют в смазку. Она рекомендована для титановых и нержавеющей стали. Обработка позволяет деталям выдержать нагрузку в 50 раз больше стандартной. Это при том, что йода в смазке всего 1-2%.
Без 53-го элемента немыслима медицина. Йод в организме контролирует работу щитовидной железы, входит в вырабатываемые ей гормоны ТТГ, Т3 и Т4. При нехватке элемента развивается зоб, возможны раковые образования.
При этом, организм не может выработать вещество сам. Йод поступает исключительно с пищей, БАДами и медикаментами. Из последних легко вспоминается «Йодомарин ».
Его назначают даже грудным детям, особенно, в местностях удаленных от морей. В таких районах, как правило, наблюдается дефицит 53-го элемента, содержащегося, в основном, в водах океанов и их дарах.
Одна из последних разработок врачей — синий йод . К нему примешен крахмал, меняющий цвет привычного раствора для наружного применения. Крахмал, так же, нейтрализует действие спирта и прочих вредных «присадок». Такой эликсир медики разрешают уже для внутреннего применения и для полоскания йодом . Хотя, с последним справится и смесь соль, сода, йод.
Лечение йодом допускается не только в его стабильной, но и радиоактивной формах. Так 131-ый изотоп применяют для восстановления функций щитовидной железы. Процедуры строго нормированы, поскольку переизбыток радиоактивного йода может спровоцировать онкологию.
Добыча йода
Сколько йода добывают в год? Около 30 000 тонн. Мировые запасы элемента оценены почти в 15 000 000 тонн. Большинство из них скрыты в соединениях йода . В чистом виде он встречается редко.
До сих пор актуален способ выделения вещества из природных накопителей – водорослей. В тонне высушенной ламинарии содержится 5 килограммов йода .
Йод или иод с ним знакомы все. Порезав палец, мы тянемся к склянке с иодом, точнее с его спиртовым раствором...
Тем не менее этот элемент в высшей степени своеобразен и каждому из нас, независимо от образования и профессии, приходится открывать его для себя заново не один раз. Своеобразна и история этого элемента.
Первое знакомство с йодом
Йод был открыт в 1811 г. французским химиком-технологом Бернаром Куртуа (1777-1838), сыном известного селитровара. В годы Великой французской революции он уже помогал отцу «извлекать из недр земли основной элемент оружия для поражения тиранов» , а позже занялся селитровареиием самостоятельно.
В то время селитру получали в так называемых селитряницах, или буртах. Это были кучи, сложенные из расти-тельных и животных отбросов, перемешанных со строи-тельным мусором, известняком, мергелем. Образовавшийся при гниении аммиак окислялся микроорганизмами сперва в азотистую HN02, а затем в азотную HNO 3 кислоту, которая реагировала с углекислым кальцием, превращая его в нитрат Ca(N0 3) 2 . Его извлекали из смеси горячей водой, а после добавляли поташ. Шла реакция Са (N0 3) a + К 2 С0 3 → 2KN0 3 + СаСО ↓ .
Раствор нитрата калия сливали с осадка и упаривали. Полученные кристаллы калиевой селитры очищали дополнительной перекристаллизацией.
Куртуа не был простым ремесленником. Проработав три года в аптеке, он получил разрешение слушать лекции по химии и заниматься в лаборатории Политехнической школы в Париже у знаменитого Фуркруа. Свои познания он приложил к изучению золы морских водорослей, из которой тогда добывали соду. Куртуа заметил, что медный котел, в котором выпаривались зольные растворы, разрушается слишком быстро. В маточном растворе после упаривания и осаждения кристаллических сульфатов натрия и калия оставались их сульфиды и, видимо, что-то еще. Добавив к раствору концентрированной серной кислоты, Куртуа обнаружил выделение фиолетовых паров. Не исключено, что нечто подобное наблюдали коллеги и современники Куртуа, но именно он первым перешел от наблюдений к исследованиям, от исследований - к выводам.
Вот эти выводы (цитируем статью, написанную Куртуа): «В маточном растворе щелока, полученного из водорослей, содержится достаточно большое количество необычного и любопытного вещества. Его легко выделить. Для этого достаточно прилить серную кислоту к маточному раствору и нагреть его в реторте, соединенной с приемником. Новое вещество... осаждается в виде черного порошка, превращающегося при нагревании в пары великолепного фиолетового цвета. Эти пары конденсируются в форме блестящих кристаллических пластинок, имеющих блеск, сходный с блеском кристаллического сульфида свинца... Удивительная окраска паров нового вещества позволяет отличить его от всех доныне известных веществ, и у него наблюдаются другие замечательные свойства, что придает его открытию величайший интерес».
В 1813 г. появилась первая научная публикация об этом веществе, его стали изучать химики разных стран, в том числе такие светила науки, как Жозеф Гей-Люссак и Хэмфри Дэви. Год спустя эти ученые установили элементарность вещества, открытого Куртуа, и Гей-Люссак назвал новый элемент йодом-от греческого - темно-синий, фиолетовый.
Второе знакомство: свойства обычные и необычные.
Йод - химический элемент VII группы
периодической системы. Атомный номер - 53. Атомная масса - 126,9044. Галоген. Из имеющихся в природе галогенов - самый тяжелый, если, конечно, не считать радиоактивный короткоживущий астат. Практически весь природный йод состоит из атомов одного-единственного изотопа с массовым числом 127. Радиоактивный йод - 125 образуется в результате спонтанного деления урана. Из искусственных изотопов йода важнейшие - йод - 131 и йод - 133; их используют в медицине.
Молекула элементарного йода, как и у прочих галогенов, состоит из двух атомов. Йод - единственный из галогенов - находится в твердом состоянии при нормальных условиях. Красивые темно-синие кристаллы йода больше всего похожи на графит . Отчетливо выраженное кристаллическое строение, способность проводить электрический ток - все эти «металлические» свойства характерны для чистого йода.
Но, в отличие от графита и большинства металлов, йод очень легко переходит в газообразное состояние. Превратить йод в пар легче даже, чем в жидкость.
Чтобы расплавить йод, нужна довольно низкая температура: + 113,5° С, но, кроме того, нужно, чтобы парциальное давление паров йода над плавящимися кристаллами было не меньше одной атмосферы. Иными словами, в узкогорлой колбе йод расплавить можно, а в открытой лабораторной чашке - нельзя. В этом случае пары йода не накапливаются, и при нагревании йод возгонится - перейдет в газообразное состояние, минуя жидкое, что обычно и происходит при нагревании этого вещества. Кстати, температура кипения йода ненамного больше температуры плавления, она равна всего 184,35° С.
Но не только простотой перевода в газообразное состояние выделяется йод среди прочих элементов
. Очень своеобразно, например, его взаимодействие с водой.
Элементарный йод в воде растворяется неважно: при 25° С лишь 0,3395 г/л. Тем не менее можно получить значительно более концентрированный водный раствор элемента № 53, воспользовавшись тем же нехитрым приемом, который применяют медики, когда им нужно сохранить подольше йодную настойку (3- или 5%-ный раствор йода в спирте): чтобы йодная настойка не выдыхалась, в нее добавляют немного йодистого калия KI. Это же вещество помогает получать и богатые йодом водные растворы: йод смешивают с не слишком разбавленным раствором йодистого ралия.
Молекулы KI способны присоединять молекулы эле-ментарного йода. Если с каждой стороны в реакцию вступает по одной молекуле, образуется красно-бурый три- йодид калия. Йодистый калий может присоединить и большее число молекул йода, в итоге получаются соединения различного состава вплоть до К19. Эти вещества называют полииодидами. Полииодиды нестойки, и в их растворе всегда есть элементарный йод, причем в значительно боль-шей концентрации, чем та, которую можно получить прямым растворением йода.
Во многих органических растворителях - сероуглероде, керосине, спирте, бензоле, эфире, хлороформе - йод растворяется легко. Окраска неводных растворов йода пе отличается постоянством. Например, раствор его в сероуглероде - фиолетовый, а в спирте - бурый. Чем это объяснить?
Очевидно, фиолетовые растворы содержат йод в виде молекул 12. Если же получился раствор другого цвета, логично предположить существование в нем соединений йода с растворителем. Однако не все химики разделяют эту точку зрения. Часть их считает, что различия в окраске йодных растворов объясняются существованием разного рода сил, соединяющих молекулы растворителя и растворенного вещества.
Фиолетовые растворы йода проводят электричество, так как в растворе молекулы 12 частично диссоциируют на ионы 1+ и I-. Такое предположение не противоречит представлениям о возможных валентностях йода. Главные валентности его: 1" (такие соединения называют йодидами), 5+ (йодаты) и 7+ (перйодаты). Но известны также соединения йода, в которых он проявляет валентности 1+ и 3+, играя при этом роль одновалентного или трехвалентного металла. Есть соединение йода с кислородом, в котором элемент № 53 восьмивалентен,- Ю4.
Но чаще всего йод, как и положено галогену (на внешней оболочке атома семь электронов), проявляет валентность 1“. Как и другие галогены, он достаточно активен - непосредственно реагирует с большинством металлов (даже благородное серебро устойчиво к действию йода лишь при температуре до 50°С), но уступает хлору и брому, не говоря уже о фторе. Некоторые элементы - углерод, азот, кислород, сера, селен - в непосредственную реакцию с йодом не вступают.
третье знакомство:
Оказывается, йода на Земле меньше, чем лютеция
Йод - элемент достаточно редкий. Его кларк (содержание в земной коре в весовых процентах) -всего 4-10~5%. Его меньше, чем самых труднодоступных элементов семейства лантаноидов - тулия и лютеция.
Есть у йода одна особенность, роднящая его с «редкими землями», - крайняя рассеянность в природе. Будучи Далеко не самым распространенным элементом, йод присутствует буквально везде. Даже в сверхчистых, казалось бы, кристаллах горного хрусталя находят микро- примеси йода. В прозрачных кальцитах содержание элемента № 53 достигает 5-10~6%. Йод есть в почве, в морской и речной воде, в растительных клетках и организмах Животных. А вот минералов, богатых йодом, очень мало. Наиболее известный из них - лаутарит Са(IO 5) 2 . Но промышленных месторождений лаутарита на Земле нет.
Чтобы получить йод, приходится концентрировать природные растворы, содержащие этот элемент, например воду соленых озер или попутные нефтяные воды, или перерабатывать природные концентраторы йода - морские водоросли. В тонне высушенной морской капусты (ламинарии) содержится до 5 кг йода, в то время как в тонне морской воды его всего лишь 20-30 мг.
Как и большинство жизненно важных элементов, йод в природе совершает круговорот. Поскольку многие соединения йода хорошо растворяются в воде, йод выщелачивается из магматических пород, выносится в моря и океаны. Морская вода, испаряясь, подымает в воздух массы элементарного йода. Именно элементарного: соединения элемента № 53 в присутствии углекислого газа легко окисляются кислородом до 12.
Ветры, переносящие воздушные массы с океана на материк, переносят и йод, который вместе с атмосферными осадками выпадает на землю, попадает в почву, грунтовые воды, в живые организмы. Последние концентрируют йод, но, отмирая, возвращают его в почву, откуда он снова вымывается природными водами, попадает в океан, испа-ряется, и все начинается заново. Это лишь общая схема, в которой опущены все частности и химические преобразования, неизбежные на разных этапах этого вечного коловращения.
А изучен круговорот йода очень хорошо, и это не удивительно: слишком велика роль микроколичеств этого элемента в жизни растений, животных, человека...
Йод четвертое знакомство: биологические функции йода
Они не ограничиваются йодной настойкой. Не будем подробно говорить о роли йода в жизни растений - он один из важнейших микроэлементов, ограничимся его ролью в жизни человека.
Еще в 1854 г. француз Шатен - превосходный химик- аналитик - обнаружил, что распространенность заболеваия зобом находится в прямой зависимости от содержания йода в воздухе, почве, потребляемой людьми пище. Коллеги опротестовали выводы Шатена; более того, Французская академия наук признала их вредными. Что же касается происхождения болезни, то тогда считали, что ее могут вызвать 42 причины - недостаток йода в этом перечне не фигурировал.
Прошло почти полстолетия, прежде чем авторитет немецких ученых Баумана и Освальда заставил французских ученых признать ошибку. Опыты Баумана и Осваль¬да показали, что щитовидная железа содержит поразительно много йода и вырабатывает йод содержащие гормоны. Недостаток йода вначале приводит лишь к небольшому увеличению щитовидной железы, но, прогрессируя, эта болезнь - эндемический зоб - поражает многие системы организма. В результате нарушается обмен веществ, замедляется рост. В отдельных случаях эндемический зоб может привести к глухоте, к кретинизму... Эта болезнь больше распространена в горных районах и в местах, сильно удаленных от моря.
О широком распространении болезни можно судить даже по произведениям живописи. Один из лучших женских портретов Рубенса «Соломенная шляпка». У красивой женщины, изображенной на портрете, заметна припухлость шеи (врач сразу сказал бы: увеличена щитовидка). Те же симптомы и у Андромеды с картины «Персей и Андромеда». Признаки йодной недостаточности видны также у некоторых людей, изображенных на портретах и картинах Рембрандта, Дюрера, Ван-Дейка...
В нашей стране, большинство областей которой уда¬лены от моря, борьба с эндемическим зобом ведется по¬стоянно - прежде всего средствами профилактики. Про¬стейшее и надежнейшее средство - добавка микродоз Иодидов к поваренной соли.
Интересно отметить, что история лечебного применения йода уходит в глубь веков. Целебные свойства веществ, содержащих йод, были известны за 3 тыс. лет до того, как был открыт этот элемент. Китайский кодекс 1567 г. до н. э. рекомендует для лечения зоба морские водо¬росли...
Антисептические свойства иода в хирургии первым использовал французский врач Буапэ. Как ни странно, са¬мые простые лекарственные формы иода - водные и спир¬товые растворы - очень долго не находили применения в хирургии, хотя еще в 1865-1866 гг. великий русский хирург Н. И. Пирогов применял йодную настойку при лечении ран.
Приоритет подготовки операционного поля с помощью йодной настойки ошибочно приписывается немецкому врачу Гроссиху. Между тем еще в 1904 г., за четыре года до Гроссиха, русский военврач Н. П. Филончиков ц своей статье «Водные растворы иода как антисептическая жидкость в хирургии» обратил внимание хирургов на громадные достоинства водных и спиртовых растворов иода именно при подготовке к операции.
Надо ли говорить, что эти простые препараты не утратили своего значения и поныне. Интересно, что иногда йодную настойку прописывают и как внутреннее: не¬сколько капель на чашку молока. Это может принести пользу при атеросклерозе, но нужно помнить, что иод полезен лишь в малых дозах, а в больших он токсичен.
Йод пятое знакомство - сугубо утилитарное
Иодом интересуются не только медики. Он нужен геологам и ботаникам, химикам и металлургам.
Подобно другим галогенам, йод образует многочисленные иодорганические соединения, которые входят в со¬став некоторых красителей.
Соединения иода используют в фотографии и кино-промышленности для приготовления специальных фото-эмульсий и фотопластинок.
Как катализатор йод используется в производстве искусственных каучуков.
Получение сверхчистых материалов - кремния, титана, гафния , циркония - также не обходится без этого эле¬мента. Иодидный способ получения чистых металлов применяют довольно часто.
йодные препараты используют в качестве сухой смазки для трущихся поверхностей из стали и титана.
Изготавливаются мощные йодные лампы накаливания. Стеклянная колба такой лампы заполнена не инертным газом, а парами пода, которые сами излучают свет при высокой температуре.
Йод и его соединения используются в лабораторной практике для анализа и в хемотронных приборах, действие которых основано на окислительно-восстановительных реакциях иода...
Немало труда геологов, химиков и технологов уходит на поиски йодного сырья и разработку способов добычи иода. До 60-х годов прошлого столетия водоросли были единственным источником примышленного получения иода. В 1868 г. иод стали получать из отходов селитряного производства, в которых есть йодат и иодид натрия. Бесплатное сырье и простой способ получения иода из селитряных маточных растворов обеспечили чилийскому иоду широкое распространение. В первую мировую войну поступление чилийской селитры и иода прекратилось, и вскоре недостаток иода начал сказываться на общем состоянии фармацевтической промышленности стран Европы. Начались поиски рентабельных способов получения иода. В нашей стране уже в годы Советской власти иод стали получать из подземных и нефтяных вод Кубани, где он был обнаружен русским химиком А. Л. Потылициным еще в 1882 г. Позже подобные воды были открыты в Туркмении и Азербайджане.
Но содержание иода в подземных водах и попутных водах нефтедобычи очень мало. В этом и заключалась основная трудность при создании экономически оправданных промышленных способов получения иода. Нужно было найти «химическую приманку», которая бы образовывала с иодом довольно прочное соединение и концентрировала его. Первоначально такой «приманкой» оказался крахмал, потом соли меди и серебра, которые связывали йод в нерастворимые соединения. Испробовали керосин - иод хорошо растворяется в нем. Но все эти способы оказались дорогостоящими, а порой и огнеопасными.
В 1930 г. советский инженер В. П. Денисович разработал Угольный метод извлечения иода из нефтяных вод, и этот метод довольно долго был основой советского йодного производства. В килограмме угля за месяц накапливалось до 40 г иода...
Были испробованы и другие методы. Уже в последние десятилетия выяснили, что йод избирательно сорбируется высокомолекулярными ионообменными смолами. В йодной промышленности мира ионитный способ пока используется ограниченно. Были попытки применить его и у нас, но низкое содержание иода и недостаточная избирательность ионитов на йод пока не позволили этому, безусловно, перспективному методу коренным образом преобразить йодную промышленность.
Так же перспективны геотехнологические методы добычи иода. Они позволят извлекать йод из попутных вод нефтяных и газовых месторождений, не выкачивая эти воды на поверхность. Специальные реактивы, введенные через скважину, под землей сконцентрируют иод, и на поверх¬ность будет идти не слабый раствор, а концентрат. Тогда, очевидно, резко возрастет производство иода и потребление его промышленностью - комплекс свойств, присущих этому элементу, для нее весьма привлекателен.
ИОД И ЧЕЛОВЕК. Организм человека не только не нуждается в больших количествах иода, но с удивительным постоянством сохраняет в крови постоянную концентрацию (10~5-10~6%) иода, так называемое йодное зеркало крови. Из общего количества иода в организме, составляющего около 25 мг, больше половины находится в щитовидной железе. Почти весь йод, содержащийся в этой железе, входит в состав различных производных тирозина - гормона щитовидной железы, и только незначительная часть его, около 1%, находится в виде неорганического иода I1-.
Большие дозы элементарного иода опасны: доза 2-3 г смертельна. В то же время в форме иодида допускается прием внутрь намного больших доз.
Если ввести в организм с пищей значительное количество неорганических солей иода, концентрация его в крови повысится в 1000 раз, но уже через 24 часа йодное зеркало крови придет к норме. Уровень йодного зеркала строго подчиняется закономерностям внутреннего обмена и практически не зависит от условий эксперимента.
В медицинской практике иодорганические соединения используют для рентгенодиагностики. Достаточно тяжелые ядра атомов иода рассеивают рентгеновские лучи. При введении внутрь орга¬низма такого диагностического средства получаются исключитель¬но четкие рентгеновские снимки отдельных участков тканей и органов.
ПОД И КОСМИЧЕСКИЕ ЛУЧИ. Академик В. И. Вернадский считал, что в образовании иода в земной коре большую роль играют космические лучи, которые вызывают в земной коре ядерные реакции, то есть превращения одних элементов в другие. Благодаря этим превращениям в горных породах могут образовываться очень небольшие количества новых атомов, в том числе атомов иода.
ИОД _ СМАЗКА. Всего 0,6% иода, добавленного к углеводородным маслам, во много раз снижают работу трения в подшипниках из нержавеющей стали и титана. Это позволяет увеличить нагрузку на трущиеся детали более чем в 50 раз.
ИОД И СТЕКЛО. Иод применяют для изготовления специального поляроидного стекла. В стекло (или пластмассу) вводят кристаллики солей иода, которые распределяются строго закономерно. Колебания светового луча не могут проходить через них во всех направлениях. Получается своеобразный фильтр, называемый поляроидом, который отводит встречный слепящий поток света. Такое стекло используют в автомобилях. Комбинируя несколько поляроидов или вращая поляроидные стекла, можно достигнуть исключительно красочных эффектов - это явление используют в кинотехнике и в театре.
ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ, ЧТО:
- содержание иода в крови человека зависит от времени года: с сентября по январь концентрация иода в крови снижается, с февраля начинается новый подъем, а в мае - июне йодное зеркало достигает наивысшего уровня. Эти колебания имеют сравнитель¬но небольшую амплитуду, и их причины до сих пор остаются загадкой;
- из пищевых продуктов много иода содержат яйца, молоко, рыба; очень много иода в морской капусте, которая поступает в продажу в виде консервов, драже и других продуктов;
- первый в России йодный завод был построен в 1915 г. в Екатеринославе (ныне Днепропетровск); получали иод из золы черноморской водоросли филлофоры; за годы первой мировой войны на этом заводе было добыто 200 кг иода;
- если грозовое облако «засеять» йодистым серебром или йодистым свинцом, то вместо града в облаке образуется мелкодисперсная снежная крупа: засеянное такими солями облако проливается Дождем и не вредит посевам.
Иод (лат. Iodum), I, химический элемент VII группы периодической системы Менделеева, относится к галогенам (в литературе встречается также устаревшие название Йод и символ J); атомный номер 53, атомная масса 126,9045; кристаллы черно-серого цвета с металлическим блеском. Природный Иод состоит из одного стабильного изотопа с массовым числом 127. Иод открыл в 1811 году французский химик Б. Куртуа. Нагревая маточный рассол золы морских водорослей с концентрированной серной кислотой, он наблюдал выделение фиолетового пара (отсюда название Иод - от греч. iodes, ioeides - похожий цветом на фиалку, фиолетовый), который конденсировался в виде темных блестящих пластинчатых кристаллов. В 1813-1814 годах французский химик Ж. Л. Гей-Люссак и английский химик Г. Дэви доказали элементарную природу Иода.
Распространение Иода в природе. Среднее содержание Иода в земной коре 4·10 -5 % по массе. В мантии и магмах и в образовавшихся из них породах (гранитах, базальтах и других) соединения Иода рассеяны; глубинные минералы Иода неизвестны. История Иода в земной коре тесно связана с живым веществом и биогенной миграцией. В биосфере наблюдаются процессы его концентрации, особенно морскими организмами (водорослями, губками и другими). Известны восемь гипергенных минералов Иода, образующихся в биосфере, однако они очень редки. Основным резервуаром Иода для биосферы служит Мировой океан (в 1 л в среднем содержится 5·10 -5 г Иода). Из океана соединения Иода, растворенные в каплях морской воды, попадают в атмосферу и переносятся ветрами на континенты. (Местности, удаленные от океана или отгороженные от морских ветров горами, обеднены Иодом) Иод легко адсорбируется органическими веществами почв и морских илов. При уплотнении этих илов и образовании осадочных горных пород происходит десорбция, часть соединений Иода переходит в подземные воды. Так образуются используемые для добычи Иода иодобромные воды, особенно характерные для районов нефтяных месторождений (местами 1 л этих вод содержит свыше 100 мг Иода).
Физические свойства Иода. Плотность Иода 4,94 г/см 3 , t пл 113,5°C, t кип 184,35 °С. Молекула жидкого и газообразного Иода состоит из двух атомов (I 2). Заметная диссоциация I 2 = 2I наблюдается выше 700 °C, а также при действии света. Уже при обычной температуре Иод испаряется, образуя резко пахнущий фиолетовый пар. При слабом нагревании Иод возгоняется, оседая в виде блестящих тонких пластинок; этот процесс служит для очистки Иода в лабораториях и в промышленности. Иод плохо растворим в воде (0,33 г/л при 25 °C), хорошо - в сероуглероде и органических растворителях (бензоле, спирте и других), а также в водных растворах иодидов.
Химические свойства Иода. Конфигурация внешних электронов атома Иода 5s 2 5p 5 . B соответствии с этим Иод проявляет в соединениях переменную валентность (степень окисления): -1 (в HI, KI), +1 (в HIO, KIO), +3 (в ICl 3), +5 (в HIO 3 , KIO 3) и +7 (в HIO 4 , KIO 4). Химически Иод довольно активен, хотя и в меньшей степени, чем хлор и бром. С металлами Иод при легком нагревании энергично взаимодействует, образуя иодиды (Hg + I 2 = HgI 2). С водородом Иод реагирует только при нагревании и не полностью, образуя иодистый водород. С углеродом, азотом, кислородом Иод непосредственно не соединяется. Элементарный Иод - окислитель, менее сильный, чем хлор и бром. Сероводород H 2 S, тиосульфат натрия Na 2 S 2 O 3 и другие восстановители восстанавливают его до I - (I 2 + H 2 S = S + 2HI). Хлор и другие сильные окислители в водных растворах переводят его в IO 3 - (5Cl 2 + I 2 + 6H 2 O = 2HIO 3 H + 10НСl). При растворении в воде Иод частично реагирует с ней (I 2 + H 2 O = HI + HIO); в горячих водных растворах щелочей образуются иодид и иодат (3I 2 + 6NaOH = 5NaI + NaIO 3 + 3H 2 O). Адсорбируясь на крахмале, Иод окрашивает его в темно-синий цвет; это используется в иодометрии и качественном анализе для обнаружения Иода.
Пары Иода ядовиты и раздражают слизистые оболочки. На кожу Иод оказывает прижигающее и обеззараживающее действие. Пятна от Иода смывают растворами соды или тиосульфата натрия.
Получение Иода. Сырьем для промышленного получения Иода служат нефтяные буровые воды; морские водоросли, а также маточные растворы чилийской (натриевой) селитры, содержащие до 0,4% Иода в виде иодата натрия. Для извлечения Иода из нефтяных вод (содержащих обычно 20-40 мг/л Иод в виде иодидов) на них сначала действуют хлором (2 NaI + Cl 2 = 2NaCl + I 2) или азотистой кислотой (2NaI + 2NaNO 2 + 2H 2 SO 4 = 2Na 2 SO 4 + 2NO + I 2 + 2H 2 O). Выделившийся Иод либо адсорбируют активным углем, либо выдувают воздухом. На Иод, адсорбированный углем, действуют едкой щелочью или сульфитом натрия (I 2 + Na 2 SO 3 + H 2 O = Na 2 SO 4 + 2HI). Из продуктов реакции свободный Иод выделяют действием хлора или серной кислоты и окислителя, например, дихромата калия (K 2 Cr 2 O 7 + 7H 2 SO 4 + 6NaI = K 2 SO 4 + 3Na 2 SO 4 + Cr 2 (SO 4)S + 3I 2). При выдувании воздухом Иод поглощают смесью оксида серы (IV) с водяным паром (2H 2 O + SO 2 + I 2 = H 2 SO 4 + 2HI) и затем вытесняют Иод хлором (2HI + Cl 2 = 2HCl + I 2). Сырой кристаллический Иод очищают возгонкой.
Применение Иода. Иод и его соединения применяют главным образом в медицине и в аналитической химии, а также в органическом синтезе и фотографии.
Иод в организме. Иод - необходимый для животных и человека микроэлемент. В почвах и растениях таежно-лесной нечерноземной, сухостепной, пустынной и горных биогеохимических зон Иод содержится в недостаточном количестве или не сбалансирован с некоторыми других микроэлементами (Co, Mn, Cu); с этим связано распространение в этих зонах эндемического зоба. Среднее содержание Иода в почвах около 3·10 -4 %, в растениях около 2·10 -5 %. В поверхностных питьевых водах Иода мало (от 10 -7 до 10 -9 %). В приморских областях количество Иода в 1 м 3 воздуха может достигать 50 мкг, в континентальных и горных - составляет 1 или даже 0,2 мкг.
Поглощение Иода растениями зависит от содержания в почвах его соединений и от вида растений. Некоторые организмы (так называемые концентраторы Иода), например, морские водоросли - фукус, ламинария, филлофора, накапливают до 1% Иода, некоторые губки - до 8,5% (в скелетном веществе спонгине). Водоросли, концентрирующие Иод, используются для его промышленного получения. В животный организм Иод поступает с пищей, водой, воздухом. Основной источник Иода - растительные продукты и корма. Всасывание Иода происходит в передних отделах тонкого кишечника. В организме человека накапливается от 20 до 50 мг Иода, в том числе в мышцах около 10-25 мг, в щитовидной железе в норме 6-15 мг. С помощью радиоактивного Иода (131 I и 125 I) показано, что в щитовидной железе Иод накапливается в митохондриях эпителиальных клеток и входит в состав образующихся в них дииод- и моноиодтирозинов, которые конденсируются в гормон тетраиодтиронин (тироксин). Выделяется Иод из организма преимущественно через почки (до 70- 80%), молочные, слюнные и потовые железы, частично с желчью.
В различных биогеохимических провинциях содержание Иода в суточном рационе колеблется (для человека от 20 до 240 мкг, для овцы от 20 до 400 мкг). Потребность животного в Иоде зависит от его физиологического состояния, времени года, температуры, адаптации организма к содержанию Иода в среде. Суточная потребность в Иоде человека и животных - около 3 мкг на 1 кг массы (возрастает при беременности, усиленном росте, охлаждении). Введение в организм Иода повышает основной обмен, усиливает окислительные процессы, тонизирует мышцы, стимулирует половую функцию.
В связи с большим или меньшим недостатком Иода в пище и воде применяют иодирование поваренной соли, содержащей обычно 10-25 г йодистого калия на 1 т соли. Применение удобрений, содержащих Иод, может удвоить и утроить его содержание в сельскохозяйственных культурах.
Иод в медицине. Препараты, содержащие Иод, обладают антибактериальными и противогрибковыми свойствами, они оказывают также противовоспалительное и отвлекающее действие; их применяют наружно для обеззараживания ран, подготовки операционного поля. При приеме внутрь препараты Иода оказывают влияние на обмен веществ, усиливают функцию щитовидной железы. Малые дозы Иода (микроиод) тормозят функцию щитовидной железы, действуя на образование тиреотропного гормона передних долей гипофиза. Поскольку Иод влияет на белковый и жировой (липидный) обмен, он нашел применение при лечении атеросклероза, так как снижает содержание холестерина в крови; повышает также фибринолитическую активность крови. Для диагностических целей используют рентгеноконтрастные вещества, содержащие Иод.
При длительном применении препаратов Иода и при повышенной чувствительности к ним возможно появление иодизма - насморк, крапивница, отек Квинке, слюно- и слезотечение, угревидная сыпь (иододерма) и пр. Препараты Иода нельзя принимать при туберкулезе легких, беременности, при заболеваниях почек, хронической пиодермии, геморрагических диатезах, крапивнице.
Иод радиоактивный. Искусственно радиоактивные изотопы Иода - 125 I, 131 I, 132 I и другие широко используются в биологии и особенно в медицине для определения функционального состояния щитовидной железы и лечения ряда ее заболеваний. Применение радиоактивного Иода в диагностике связано со способностью Иода избирательно накапливаться в щитовидной железе; использование в лечебных целях основано на способности β-излучения радиоизотопов Иода разрушать секреторные клетки железы. При загрязнениях окружающей среды продуктами ядерного деления радиоактивные изотопы Иода быстро включаются в биологический круговорот, попадая, в конечном счете, в молоко и, следовательно, в организм человека. Особенно опасно их проникновение в организм детей, щитовидная железа которых в 10 раз меньше, чем у взрослых людей, и к тому же обладает большей радиочувствительностью. С целью уменьшения отложения радиоактивных изотопов Иода в щитовидной железе рекомендуется применять препараты стабильного Иода (по 100-200 мг на прием). Радиоактивный Иод быстро и полностью всасывается в желудочно-кишечном тракте и избирательно откладывается в щитовидной железе. Его поглощение зависит от функционального состояния железы. Относительно высокие концентрации радиоизотопов Иода обнаруживаются также в слюнных и молочной железах и слизистой желудочно-кишечного тракта. Не поглощенный щитовидной железой радиоактивный Иод почти полностью и сравнительно быстро выделяется с мочой.
ИОД, йод (латинский Iodum), I, химический элемент VII группы короткой формы (17-й группы длинной формы) периодической системы, относится к галогенам; атомный номер 53, атомная масса 126,90447. В природе встречается один стабильный изотоп 127 I. Искусственно получены радиоактивные изотопы с массовыми числами 108-144.
Историческая справка. Иод впервые выделил в 1811 году французский химик Б. Куртуа, действуя концентрированной Н 2 SO 4 на золу морских водорослей. Латинское название элемента происходит от греческого ιώδης - фиолетовый и связано с цветом паров иода.
Распространённость в природе. Содержание иода в земной коре составляет 4·10 -5 % по массе. В природе иод в основном находится в морской воде и морских водорослях, а также в нефтяных буровых водах; входит в состав минералов - иодидов природных и иодатов, например лаутарита Са(IO 3) 2 .
Свойства . Конфигурация внешней электронной оболочки атома иода 5s 2 5р 5 . В соединениях иод проявляет степени окисления -1, +1, +3, +5, +7; электроотрицательность по Полингу 2,66; атомный радиус 140 пм; радиус ионов I - 206 пм, I 5+ 109 пм. В газообразном, жидком и твёрдом состояниях иод существует в виде двухатомных молекул I 2 . Заметная диссоциация (около 3%) молекул I 2 на атомы начинается при температуре выше 800 °С, а также под действием света. Молекулы I 2 диамагнитны.
Иод - кристаллическое вещество чёрного цвета с фиолетовым металлическим блеском; кристаллическая решётка ромбическая; t пл 113,7 °С, t кип 184,3 °С, плотность твёрдого иода 4940 кг/м 3 . Иод плохо растворим в воде (0,33 г/дм 3 при 25 °С); растворимость иода в воде возрастает при увеличении температуры, а также при добавлении иодида калия КI за счёт образования комплекса КI 3 . Иод хорошо растворим во многих органических растворителях (бензоле, гексане, спиртах, четырёххлористом углероде и др.). Твёрдый иод легко возгоняется с образованием фиолетовых паров, имеющих резкий специфический запах.
Иод - наименее химически активный галоген. С благородными газами, кислородом, серой, азотом, углеродом иод непосредственно не взаимодействует. При нагревании иод реагирует с металлами (образуются иодиды металлов, например иодид алюминия AlI 3), фосфором (иодид фосфора ΡΙ 3), водородом (иодоводород HI), другими галогенами (межгалогенные соединения). Иод - менее сильный окислитель, чем хлор и бром. Для иода более характерны восстановительные свойства. Так, хлор окисляет иод до йодноватой кислоты НIO 3: I 2 + 5Сl 2 + 6Н 2 O = = 2НIO 3 + 10НСl.
Для иода известен ряд кислородсодержащих кислот, соответствующих различным степеням окисления иода: иодноватистая HIO (степень окисления иода +1; соли - гипоиодиты, например гипоиодит калия KIO), йодноватая HIO 3 (+5; иодаты, например иодат калия KIO 3), периодная, или метаиодная, HIO 4 и ортопериодная, или ортоиодная, Н 5 IO 6 (+7; соли - метапериодаты, например метапериодат калия KIO 4 ; ортопериодаты, например дигидроортопериодат калия Κ 3 Η 2 ΙO 6 ; общее название для солей кислот, содержащих иод в степени окисления +7, - периодаты). Кислородсодержащие кислоты и их соли обладают окислительными свойствами. HIO - слабая кислота; HIO и гипоиодиты существуют только в водных растворах. Растворы HIO получают взаимодействием иода с водой, растворы гипоиодитов - взаимодействием иода с растворами щелочей. HIO 3 - бесцветное кристаллическое вещество с t пл 110 °С, хорошо растворимое в воде; при нагревании до 300 °С отщепляет воду с образованием кислотного оксида I 2 О 5 . Получают HIO 3 окислением иода дымящей азотной кислотой: 3I 2 + 10HNO 3 = 6HIO 3 + 10NO + 2Н 2 O. Иодаты - растворимые в воде кристаллические вещества; получают при взаимодействии иода с горячими растворами щелочей. При нагревании выше 400 °С иодаты разлагаются, например: 4КIO 3 = KI + 3КIO 4 . Н 5 IO 6 - бесцветное кристаллическое вещество, t пл 128 °С. Нагревание H 5 IO 6 до 100 °С в вакууме приводит к образованию НIO 4 (Η 5 ΙO 6 = НIO 4 + 2Н 2 O), которая при более высокой температуре разлагается: 2HIO 4 = 2НIO 3 + O 2 . В водных растворах Н 5 IO 6 проявляет свойства слабой многоосновной кислоты. Получают Н 5 IO 6 обменной реакцией, например Ва 3 (Н 2 IO 6) 2 + 3H 2 SO 4 = 2Н 5 IO 6 + 3BaSO 4 , с последующим упариванием фильтрата. Периодаты - кристаллические вещества, устойчивы к нагреванию, растворимы в воде; получают электрохимическим окислением иодатов.
Растворение иода в воде - сложный химический процесс, включающий не только растворение, но и диспропорционирование (I 2 + Н 2 О = HI + HIO) и разложение HIO (ЗHIO=2HI + HIO 3). Скорость диспропорционирования HIO велика, особенно в щелочных (3I 2 + 6NaOH = NaIO 3 + 5NaI + 3Н 2 O). Поскольку константа равновесия реакции I 2 + Н 2 О = HI + HIO мала (К = 2∙10 - 13), то иод в водном растворе присутствует в виде I 2 , а йодная вода при хранении в темноте не разлагается и имеет нейтральную реакцию.
Биологическая роль. Иод относится к микроэлементам. Суточная потребность человека в иоде около 0,2 мг. Основное физиологическое значение иода определяется его участием в функции щитовидной железы. Поступающий в неё иод участвует в биосинтезе тиреоидных гормонов. Недостаток поступления иода приводит к развитию эндемического зоба, избыток иода в организме отмечается при некоторых заболеваниях печени.
Получение . В промышленности иод выделяют из буровых вод и из золы морских водорослей. Для извлечения иода буровые воды, содержащие иодиды, обрабатывают при подкислении хлором; выделившийся иод выдувают водяным паром. Для очистки иода через реакционную смесь пропускают диоксид серы SO 2 (I 2 + SO 2 + 2Н 2 O = 2HI + H 2 SO 4) и окисляют образующийся HI до I 2 (например, хлором: 2HI + Сl 2 = 2НСl +I 2). Иодаты, образующиеся при сжигании водорослей, восстанавливают диоксидом серы (2NaIO 3 + 5SO 2 + 4Н 2 O = 2NaHSO 4 + 3H 2 SO 4 + I 2); выделившийся иод очищают возгонкой. В лаборатории иод получают окислением иодидов в кислой среде (например, с помощью диоксида марганца: 2KI + МnO 2 + 2H 2 SO 4 = I 2 + MnSO 4 + 2Н 2 O + K 2 SO 4); образующийся иод экстрагируют или отделяют перегонкой с водяным паром.
Мировое производство иода 15-16 тысяч т/год (2004).
Применение . Иод и его соединения применяются в медицине; препараты иода, способные высвобождать элементарный иод, обладают антибактериальными, противогрибковыми и противовоспалительными свойствами. Иод используется в транспортных химических реакциях для получения высокочистых Ti, Zr и других металлов, а также кремния; для заполнения йодных ламп накаливания, которые характеризуются высокой световой отдачей, небольшими размерами и длительным сроком эксплуатации. Радиоактивные изотопы 125 I (Т 1/2 59,4 сут), 131 I (T 1 /2 8,04 сут), 132 Ι (T 1 /2 2,28 ч) используются в биологии и медицине для определения функционального состояния щитовидной железы и лечения её заболеваний.
Иод токсичен, его пары раздражают слизистые оболочки, вызывают дерматиты.
Лит.: Greenwood N.N., Earnshaw А. Chemistry of the elements. 2nd ed. Oxf.; Boston, 1997; Дроздов А. А., Мазо Г. Н., Зломанов В. П., Спиридонов Ф.М. Неорганическая химия. М., 2004. Т. 2.
(первый электрон)
(по Полингу)
| I | 53 |
| 126,90447 | |
| 5s 2 5p 5 | |
| Иод | |
Иод , йод (от др.-греч. ιώδης, iodes — «фиолетовый») — элемент главной подгруппы седьмой группы, пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 53. Обозначается символом I (лат. Iodum). Химически активный неметалл, относится к группе галогенов. Простое вещество иод (CAS-номер: 7553-56-2) при нормальных условиях — кристаллы чёрно-серого цвета с фиолетовым металлическим блеском, легко образует фиолетовые пары, обладающие резким запахом. Молекула вещества двухатомна (формула I 2).
В медицине и биологии данное вещество обычно называют йодом (например «раствор йода»), в таблице Менделеева и химической литературе употребляется название иод .
История
Иод был открыт в 1811 г. Куртуа в золе морских водорослей, а с 1815 г. Гей-Люссак стал рассматривать его как химический элемент.
Символ элемента J был заменен на I относительно недавно, в 50-х годах XX века.
Нахождение в природе
В большом количестве находится в виде иодидов в морской воде. Известен в природе также в свободной форме, в качестве минерала, но такие находки единичны, — в термальных источниках Везувия и на о. Вулькано (Италия). Запасы природных иодидов оцениваются в 15 млн тонн, 99% запасов находятся в Чили и Японии. В настоящее время в этих странах ведётся интенсивная добыча иода, например, чилийская Atacama Minerals производит свыше 720 тонн иода в год.
Сырьём для промышленного получения йода в России служат нефтяные буровые воды, тогда как в зарубежных странах, не обладающих нефтяными месторождениями, используются морские водоросли, а также маточные растворы чилийской (натриевой) селитры, что намного удорожает производство йода из такого сырья.
Физические свойства
Пары имеют характерный фиолетовый цвет, так же, как и растворы в неполярных органических растворителях, например в бензоле — в отличие от бурого раствора в полярном спирте. Иод при комнатной температуре представляет собой темно-фиолетовые кристаллы со слабым блеском. При нагревании при атмосферном давлении он сублимируется (возгоняется), превращаясь в пары фиолетового цвета; при охлаждении пары иода кристаллизуются, минуя жидкое состояние. Этим пользуются на практике для очистки иода от нелетучих примесей.
Химические свойства
Химически иод довольно активен, хотя и в меньшей степени, чем хлор и бром .
- С металлами иод при легком нагревании энергично взаимодействует, образуя иодиды:
- С водородом иод реагирует только при нагревании и не полностью, образуя йодистый водород:
- Элементный иод — окислитель, менее сильный, чем хлор и бром. Сероводород H 2 S , Na 2 S 2 O 3 и другие восстановители восстанавливают его до иона I - :
- При растворении в воде иод частично реагирует с ней:
Применение
Медицина
Широко используется в альтернативной (неофициальной) медицине, однако его использование без назначения врача в основном мало обосновано, и нередко сопровождается различными рекламными заявлениями.
См. также
Производство аккумуляторов
Иод используется в качестве положительного электрода (окислителя) в литиево-иодных аккумуляторах для электромобилей.
Лазерный термоядерный синтез
Некоторые иодорганические соединения применяются для производства сверхмощных газовых лазеров на возбужденных атомах иода (исследования в области лазерного термоядерного синтеза и промышленность).
Радиоэлектронная промышленность
В последние годы резко повысился спрос на иод со стороны производителей жидкокристаллических дисплеев.
Динамика потребления иода
Токсичность
Иод — токсичное вещество. Смертельная доза 2-3 г. Вызывает поражение почек и сердечно-сосудистой системы. При вдыхании паров йода появляется головная боль, кашель, насморк, может быть отёк лёгких . При попадании на слизистую оболочку глаз появляется слезотечение, боль в глазах и покраснение. При попадании внутрь появляется общая слабость, головная боль, рвота, понос, бурый налёт на языке, боли в сердце и учащение пульса. Через день воспаляются почки, появляется кровь в моче. Если не лечить через 2-3 дня могут отказать почки и наступить миокардит. Без лечения наступает летальный исход.