ЙОД: ІСТОРІЯ, ВЛАСТИВОСТІ, СТРУКТУРА, ОТРИМАННЯ, РИЗИКИ, ВИКОРИСТАННЯ - ХІМІЯ - 2025

Йода є реактивним , НЕ - металевий елемент , що належить до групи 17 періодичної таблиці елементів (галогени) і представлена хімічним символом I. Це, по суті елемент досить широко невідомо з йоду водою до гормону тирозину .

У твердому стані йод темно-сірого кольору з металевим блиском (нижнє зображення), здатний сублімувати, утворюючи пари фіолетового кольору, які при конденсації на холодній поверхні залишають темні залишки. Експерименти для демонстрації цих характеристик були численними та привабливими.

Міцні кристали йоду. Джерело: BunGee

Цей елемент був вперше виділений Бернардом Кертуа в 1811 році, отримуючи при цьому сполуки, які служили сировиною для виготовлення нітратів. Однак Куртуа не визначив йод як елемент, заслуга якої поділяються Джозефом Гей-Люссаком та Хамфрі Деві. Гей-Люссак ідентифікував елемент як "йод", термін, що походить від грецького слова "іоїди", яким позначався колір фіолетовий.

Елементарний йод, як і інші галогени, є діатомовою молекулою, що складається з двох атомів йоду, пов'язаних ковалентним зв’язком. Взаємодія Ван-дер-Ваальса між молекулами йоду є найсильнішою серед галогенів. Це пояснює, чому йод - це галоген з найвищими температурами плавлення та кипіння. Крім того, він є найменш реакційноздатним із галогенів та найменшим електронегативністю.

Йод - важливий елемент, який потрібно приймати всередину, оскільки він необхідний для росту організму; мозок та психічний розвиток; метаболізм взагалі тощо, рекомендуючи добовий прийом 110 мкг / добу.

Дефіцит йоду в плодовому стані людини пов’язаний з появою кретинізму, стану, що характеризується уповільненням росту тіла; а також недостатній розумовий та інтелектуальний розвиток, косоокість тощо.

Тим часом дефіцит йоду в будь-якому віці людини пов’язаний із появою зоба, що характеризується гіпертрофією щитовидної залози. Зоб - ендемічна хвороба, оскільки він обмежений певними географічними районами зі своїми харчовими особливостями.

Історія

Відкриття

Йод був відкритий французьким хіміком Бернардом Кертуа в 1811 році, працюючи разом із батьком у виробництві селітри, вимагаючи для цього карбонату натрію.

Це з'єднання було виділено з водоростей, які вони збирали біля берегів Нормандії та Бретані. З цією метою водорості спалювали, а золу промивали водою, отримані залишки руйнувались з додаванням сірчаної кислоти.

Одного разу, можливо, випадковою помилкою, Кертуа додав надлишок сірчаної кислоти та утворився фіолетовий пар, який кристалізувався на холодних поверхнях, осідаючи як темні кристали. Кертуа підозрював, що він присутній у новому елементі, і назвав його "Субстанція X".

Куртоа виявив, що ця речовина при змішуванні з аміаком утворює коричневу тверду речовину (трийодид азоту), який вибухає при найменшому контакті.

Однак Кертуа обмежився продовженням своїх досліджень і вирішив надати зразки його речовини Чарльзу Дезорму, Ніколя Клементу, Джозефу Гей-Люссаку та Андре-Марі Амперу, щоб набути їхньої співпраці.

Поява назви

У листопаді 1813 року Дезорм і Клемент оприлюднили відкриття Кертуа. У грудні того ж року Гей-Люссак вказав, що нова речовина може стати новим елементом, пропонуючи назву "йод" від грецького слова "йоїди", позначеного для фіалки.

Сер Хамфрі Деві, який отримав частину зразка, подарованого Амперу Кертуа, експериментував із зразком і зазначив схожість з хлором. У грудні 1813 р. Королівське товариство Лондона було залучено до виявлення нового елемента.

Хоча між Гей-Люссаком і Деві виникла дискусія щодо ідентифікації йоду, вони обоє визнали, що Кертуа був першим, хто його ізолював. У 1839 р. Куртуа нарешті отримав Монтинську премію від Королівської академії наук на знак визнання виділення йоду.

Історичні вживання

У 1839 році Луї Дагерр дав йод вперше в комерційних цілях, винайшов метод отримання фотографічних зображень під назвою дагереотипи на тонких аркушах металу.

У 1905 р. Північноамериканський патолог Девід Мерін дослідив дефіцит йоду при певних захворюваннях і рекомендував його вживання.

Фізичні та хімічні властивості

Зовнішній вигляд

Сублімація кристалів йоду. Джерело: Єршова Єлизавета

Суцільний темно-сірий з металевим блиском. Коли сублімовано, його пари мають фіолетовий колір (верхнє зображення).

Стандартна атомна маса

126.904 u

Атомне число (Z)

53

Точка плавлення

113,7 ºC

Точка кипіння

184,3 ºC

Щільність

Температура навколишнього середовища: 4,933 г / см ³

Розчинність

Він розчиняється у воді для отримання коричневих розчинів з концентрацією 0,03% при 20 ° С.

Ця розчинність значно збільшується за наявності раніше розчинених йодидних іонів, оскільки встановлюється рівновага між I ^- та I ₂ для утворення аніонного виду I ₃ ^- , який розчиняється краще, ніж йод.

В органічних розчинниках, таких як хлороформ, тетрахлорид вуглецю та сірководень, йод розчиняється, надаючи фіолетовий відтінок. Крім того, він розчиняється в азотистих сполуках, таких як піридин, хінолін та аміак, щоб знову утворюватись коричневий розчин.

Різниця забарвлень полягає в тому, що йод розчиняється у вигляді сольватированних молекул I ₂ , або як комплекси для перенесення заряду; останні з'являються при поводженні з полярними розчинниками (вода серед них), які поводяться як основи Льюїса, даруючи електрони йоду.

Запах

Гострий, дратівливий і характерний. Поріг запаху: 90 мг / м ³ та поріг дратівливого запаху: 20 мг / м ³ .

Коефіцієнт розподілу октанол / вода

Журнал P = 2,49

Розкладання

При нагріванні до розкладання він виділяє дим йодиду водню та різних йодидних сполук.

В'язкість

2,27 cP при 116 ºC

Потрійна точка

386,65 К і 121 кПа

Критична точка

819 К та 11,7 МПа

Тепло синтезу

15,52 кДж / моль

Тепло випаровування

41,57 кДж / моль

Молярна калорійність

54,44 Дж / (моль К)

Тиск пари

Йод має помірний тиск пари і, коли контейнер відкритий, він повільно сублімується до пари фіолетового кольору, дратуючи очі, ніс і горло.

Окислювальні числа

Номери окислення йоду: - 1 (I ^- ), +1 (I ⁺ ), +3 (I ³⁺ ), +4 (I ⁴⁺ ), +5 (I ⁵⁺ ), +6 ( I ⁶⁺ ) та +7 (I ⁷⁺ ). У всіх солях йодиду, як і у випадку KI, йод має окислювальне число -1, оскільки в них маємо аніон I ^- .

Йод набуває позитивних окислювальних чисел, коли він поєднується з елементами, більш електронегативними, ніж він; наприклад, в його оксидах (I ₂ O ₅ і I ₄ O ₉ ) або міжгалогенізованих сполуках (IF, I-Cl та I-Br).

Електронегативність

2,66 за шкалою Полінга

Енергія іонізації

Перший: 1,008,4 кДж / моль

Другий: 1845 кДж / моль

Третє: 3180 КДж / моль

Теплопровідність

0,449 Вт / (м К)

Електричний опір

1,39 · 10 ⁷ Ом · м при 0 ° С

Магнітний порядок

Діамагнітний

Реактивність

Йод поєднується з більшістю металів, утворюючи йодиди, а також неметалічні елементи, такі як фосфор та інші галогени. Йод йоду - сильний відновник, який мимовільно виділяє електрон. Окислення йодиду створює коричневий відтінок йоду.

Йод, на відміну від йодиду, є слабким окислювачем; слабкіше брому, хлору та фтору.

Йод з окислювальним номером +1 може поєднуватися з іншими галогенами з окислювальним номером -1, отримуючи галогеніди йоду; наприклад: йод бромід, IBr. Так само він поєднується з воднем для отримання йодиду водню, який після розчинення у воді називається гідройодом.

Гідройодова кислота - це дуже сильна кислота, здатна утворювати йодиди при реакції з металами або їх оксидами, гідроксидами та карбонатами. Йод має +5 стан окислення йодної кислоти (HIO ₃ ), яка зневоднюється для отримання пентоксиду йоду (I ₂ O ₅ ).

Структура та електронна конфігурація

- Атом йоду та його зв’язки

Двоатомна молекула йоду. Джерело: Benjah-bmm27 через Wikipedia.

Йод у своєму первинному стані складається з атома, який має сім валентних електронів, лише один не зможе завершити свій октет і стати ізоелектронічним із благородним газовим ксеноном. Ці сім електронів розташовані на орбіталях 5s і 5p відповідно до їх електронної конфігурації:

4d ¹⁰ 5s ² 5p ⁵

Тому атоми I виявляють сильну тенденцію до ковалентного зв’язку, так що кожен окремо має вісім електронів у своїй зовнішній оболонці. Таким чином, два атоми I збираються разом і утворюють зв’язок II, який визначає діатомічну молекулу I ₂ (верхнє зображення); молекулярна одиниця йоду в трьох його фізичних станах при нормальних умовах.

На зображенні показана молекула I ₂ , представлена ​​просторовою моделлю наповнення. Це не лише діатомічна молекула, але й гомонуклеарна та аполярна; тому їх міжмолекулярні взаємодії (I ₂ - I ₂ ) регулюються лондонськими дисперсійними силами, які прямо пропорційні їх молекулярній масі та розміру атомів.

Однак цей зв'язок II слабкіший порівняно з іншими галогенами (FF, Cl-Cl та Br-Br). Це теоретично пояснюється поганим перекриттям їх гібридних орбіталей sp ³ .

- Кристали

Молекулярна маса I ₂ дозволяє його дисперсійним силам бути достатньо спрямованими та сильними, щоб встановити орторомбічний кристал при атмосферному тиску. Його високий вміст електронів змушує світло сприяти нескінченним переходам енергії, що призводить до того, що кристали йоду забарвлюються в чорний колір.

Однак, коли йод сублімує, його пари виявляють фіолетове забарвлення. Це вже свідчить про більш специфічний перехід у межах молекулярних орбіталей I ₂ (ті, що мають більш високу енергію або антизв'язування).

Базово-орієнтована орторомбічна осередкова осередок для кристала йоду. Джерело: Benjah-bmm27.

Наведені вище молекули I ₂ , представлені малюнком сфери та стрижня, розташованими в осередку орторомбічної одиниці.

Видно, що є два шари: нижній - з п’ятьма молекулами, і середній - з чотирма. Також зауважте, що молекула йоду сидить біля основи клітини. Скло будується шляхом періодичного розподілу цих шарів у всіх трьох вимірах.

Подорожуючи напрямок, паралельний II зв’язкам, встановлено, що орбіталі йоду перекриваються для створення смуги провідності, що робить цей елемент напівпровідником; однак його здатність проводити електроенергію зникає, якщо слідувати напрямку, перпендикулярному шарам.

Пов’язати відстані

Здається, посилання II розширилася; і насправді це так, оскільки тривалість його зв'язку збільшується з 266 вечора (газоподібний стан), до 272 вечора (твердий стан).

Це може бути пов’язано з тим, що молекули I ₂ дуже далеко розташовані один від одного в газі , їх міжмолекулярні сили майже незначні; перебуваючи в твердому тілі, ці сили (II - II) стають відчутними, залучаючи атоми йоду двох сусідніх молекул назустріч одна одній і, отже, скорочуючи міжмолекулярну відстань (або міжатомну, сприйняту іншим способом).

Потім, коли кристал йоду сублімується, II зв'язок стискається в газовій фазі, оскільки сусідні молекули вже не здійснюють такої ж привабливої ​​(дисперсійної) сили на своє оточення. А також, логічно, збільшується відстань I ₂ - I ₂ .

- Фази

Раніше згадувалося, що II зв’язок слабший порівняно з іншими галогенами. У газовій фазі при температурі 575 ° C 1% молекул I ₂ розпадається на окремі атоми I. Це стільки теплової енергії, що лише два я знову приєднуються, вони розділяються тощо.

Аналогічно таке розривання зв’язку може статися, якщо на кристали йоду застосовуються величезні тиски. Стискаючи його занадто сильно (під тиском в сотні тисяч разів більше атмосферного), молекули I ₂ переставляють себе як одноатомну фазу I, і, як кажуть, йод виявляє металеві характеристики.

Однак існують і інші кристалічні фази, такі як: орторомбічна, орієнтована на тіло (фаза II), тетрагональна, орієнтована на тіло (фаза ІІІ), і кубічна (з фазою IV).

Де знайти та отримати

Йод має відношення до земної кори у ваговому співвідношенні 0,46 проміле, займаючи в ньому 61 ​​місце. Йодидні мінерали є дефіцитними, а комерційно вигідні родовища йоду - йодати.

Йодні мінерали містяться в магматичних породах з концентрацією від 0,02 мг / кг до 1,2 мг / кг, а в магматичних породах з концентрацією від 0,02 мг до 1,9 мг / кг. Його також можна знайти в сланцях Кіммеррідж, концентрація яких становить 17 мг / кг ваги.

Також мінерали йоду містяться у фосфатних породах з концентрацією від 0,8 до 130 мг / кг. Морська вода має концентрацію йоду в межах від 0,1 до 18 мкг / л. Морські водорості, губки та устриці раніше були основними джерелами йоду.

Однак в даний час основними джерелами є каличе, родовища селітри в пустелі Атакама (Чилі) та розсоли, головним чином з японського газового родовища в Мінамі Канто, на схід від Токіо, і газового родовища Анадарко. Басейн в Оклахомі (США).

Каліше

Йод витягується з каличу у вигляді йодату і обробляється бісульфітом натрію для відновлення його до йодиду. Потім розчин вступає в реакцію зі свіжовитяженим йодатом для полегшення його фільтрації. Каліш був основним джерелом йоду в 19 - початку 20 століть.

Розсіл

Після очищення розсолом обробляють сірчану кислоту, яка виробляє йодид.

Цей розчин йодиду згодом вступає в реакцію з хлором для отримання розведеного розчину йоду, який випаровується потоком повітря, який перенаправляється до поглинальної вежі діоксиду сірки, викликаючи таку реакцію:

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

Згодом газ йодиду водню вступає в реакцію з хлором, щоб звільнити йод у газоподібному стані:

2 HI + Cl ₂ => I ₂ + 2 HCl

І нарешті, йод фільтрують, очищають і упаковують для використання.

Біологічна роль

- Рекомендована дієта

Йод є важливим елементом, оскільки втручається в численні функції у живих істот, які особливо відомі у людини. Єдиний спосіб введення йоду людині - це через їжу, яку він їсть.

Рекомендована йодова дієта залежить від віку. Таким чином, 6-місячній дитині потрібно прийом 110 мкг / добу; Але починаючи з 14 років рекомендована дієта становить 150 мкг / добу. Крім того, зазначено, що споживання йоду не повинно перевищувати 1100 мкг / добу.

- гормони щитовидної залози

Тиреостимулюючий гормон (ТТГ) секретується гіпофізом і стимулює поглинання йоду фолікулами щитовидної залози. Йод переноситься в фолікули щитовидної залози, відомі як колоїди, де він зв'язується з амінокислотою тирозину з утворенням монойодтирозину та діодотирозину.

У фолікулярному колоїді молекула монойодтироніну поєднується з молекулою дійодтироніну, утворюючи молекулу, яку називають трийодтироніном (Т ₃ ). З іншого боку, дві молекули дійодотирозину можуть об'єднуватися разом, утворюючи тетрайодтиронін (T ₄ ). T ₃ і T ₄ називають тиреоїдними гормонами.

Гормони Т ₃ і Т ₄ секретуються в плазму, де вони зв'язуються з білками плазми; включаючи білок транспортера гормону щитовидної залози (TBG). Більшість гормонів щитовидної залози транспортується у плазмі як Т ₄ .

Однак активна форма гормонів щитовидної залози - Т ₃ , тому Т ₄ у "білих органах" гормонів щитовидної залози, зазнає деіодінації і перетворюється на Т ₃ для здійснення своєї гормональної дії.

Ефекти редагувати

Ефекти дії тиреоїдних гормонів множинні, можливі такі: посилений обмін речовин і синтез білка; сприяння росту тіла та розвитку мозку; підвищення артеріального тиску та серцебиття тощо.

- Дефіцит

Дефіцит йоду і, отже, гормонів щитовидної залози, відомий як гіпотиреоз, має численні наслідки, на які впливає вік людини.

Якщо дефіцит йоду виникає під час стану плода людини, найрелевантнішим наслідком є ​​кретинізм. Цей стан характеризується такими ознаками, як порушення психічної функції, затримка фізичного розвитку, косоокість і затримка статевого дозрівання.

Дефіцит йоду може викликати зоб незалежно від віку, в якому виникає дефіцит. Зоб - це перерозвиток щитовидної залози, викликане надмірною стимуляцією залози гормоном ТТГ, що виділяється з гіпофіза внаслідок дефіциту йоду.

Надмірний розмір щитовидної залози (зоба) може здавити трахею, обмежуючи проходження повітря через неї. Крім того, це може призвести до пошкодження гортанних нервів, що може призвести до хрипоти.

Ризики

Отруєння від надмірного споживання йоду може спричинити опік у роті, горлі та підвищення температури. Також біль у животі, нудота, блювота, діарея, слабкий пульс та кома.

Надлишок йоду викликає деякі симптоми, які спостерігаються при дефіциті: відбувається пригнічення синтезу тиреоїдних гормонів, тим самим збільшуючи вивільнення ТТГ, що призводить до гіпертрофії щитовидної залози; тобто зоб.

Дослідження показали, що надмірне споживання йоду може спричинити тиреоїдит і папілярний рак щитовидної залози. Крім того, надмірне споживання йоду може взаємодіяти з ліками, обмежуючи їх дію.

Прийом занадто великої кількості йоду спільно з антитиреоїдними препаратами, такими як метимазол, що застосовується для лікування гіпертиреозу, може мати адитивний ефект і спричинити гіпотиреоз.

Інгібітори ангіотензинперетворюючого ферменту (АПФ), такі як беназеприл, застосовуються для лікування гіпертонії. Прийом надмірної кількості йодиду калію збільшує ризик гіперкаліємії та гіпертонії.

Програми

Лікарі

Йод діє як дезінфікуючий засіб для шкіри або ран. Він має майже миттєву антимікробну дію, проникаючи всередину мікроорганізмів і взаємодіючи з амінокислотами сірки, нуклеотидами та жирними кислотами, що спричиняє загибель клітин.

Він здійснює свою противірусну дію переважно на віруси, що вкриваються, постулюючи, що він атакує білки на поверхні покритих вірусів.

Йодид калію у формі концентрованого розчину використовується при лікуванні тиреотоксикозу. Він також використовується для контролю впливу випромінювання ¹³¹ I, блокуючи зв'язування радіоактивного ізотопу на щитовидку.

Йод застосовується при лікуванні дендритного кератиту. Для цього на рогівку потрапляють водні пари, насичені йодом, тимчасово втрачаючи епітелій рогівки; але відбувається повне одужання від нього за два-три дні.

Також йод сприятливо впливає на лікування муковісцидозу грудей людини. Так само було висловлено припущення, що ¹³¹ я міг би бути факультативним лікуванням раку щитовидної залози.

Реакції та каталітична дія

Йод використовується для виявлення наявності крохмалю, що надає синій відтінок. Реакція йоду з крохмалем також використовується для виявлення наявності підроблених банкнот, надрукованих на папері, що містить крохмаль.

Тетрайодомеркулят калію (II), також відомий як реагент Несслера, використовується для виявлення аміаку. Також лужний розчин йоду використовується в тесті на йодоформ, щоб показати наявність метилових кетонів.

Неорганічні йодиди використовуються для очищення металів, таких як титан, цирконій, гафній та торій. На одній стадії процесу повинні утворюватися тетрайодиди цих металів.

Йод служить стабілізатором для каніфолі, олії та інших виробів з деревини.

Йод використовується в якості каталізатора в реакціях органічного синтезу метилювання, ізомеризації та дегідрування. Тим часом гідройодова кислота використовується як каталізатор для отримання оцтової кислоти в процесах Монсанто і Катива.

Йод діє як каталізатор при конденсації та алкілуванні ароматичних амінів, а також у процесах сульфатування та сульфатування, а також для отримання синтетичних каучуків.

Фотографія та оптика

Йодид срібла є важливою складовою традиційної фотоплівки. Йод застосовується у виробництві електронних інструментів, таких як монокристалічні призми, поляризаційні оптичні прилади та скло, здатні передавати інфрачервоні промені.

Інші види використання

Йод використовують у виробництві пестицидів, анілінових барвників та фталеїну. Крім того, він використовується в синтезі барвників, і є засобом для пожежогасіння. І нарешті, йодид срібла служить ядром конденсації водяної пари в хмарах, щоб викликати дощ.

Список літератури

1. Шивер і Аткінс. (2008). Неорганічна хімія. (Четверте видання). Mc Graw Hill.
2. Стюарт Іра Фокс (2003). Фізіологія людини. Перше видання. Редагувати. McGraw-Hill Interamericana
3. Вікіпедія. (2019). Йод. Відновлено з: en.wikipedia.org
4. Takemura Kenichi, Sato Kyoko, Fujihisa Hiroshi & Onoda Mitsuko. (2003). Модульована структура твердого йоду під час його молекулярної дисоціації під високим тиском. Об'єм природи 423, сторінки971–974. doi.org/10.1038/nature01724
5. Chen L. та ін. (1994). Структурні фазові переходи йоду при високому тиску. Інститут фізики, Академія Сініка, Пекін. doi.org/10.1088/0256-307X/11/2/010
6. Стефан Шнайдер та Карл Кріст. (26 серпня 2019 р.). Йод. Encyclopædia Britannica. Відновлено: britannica.com
7. Доктор Дуг Стюарт. (2019). Факти йодного елемента. Хіміколь. Відновлено з: chemicool.com
8. Національний центр інформації про біотехнології. (2019). Йод. PubChem База даних. CID = 807. Відновлено з: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
9. Rohner, F., Zimmermann, M., Jooste, P., Pandav, C., Caldwell, K., Raghavan, R., & Raiten, DJ (2014). Біомаркери харчування для розвитку - огляд йодом. Журнал харчування, 144 (8), 1322S-1342S. doi: 10.3945 / jn.113.181974
10. Адвомег. (2019). Йод. Хімія пояснена. Відновлено з: chemistryexplained.com
11. Трачі Педерсен. (19 квітня 2017 р.). Факти про йод. Відновлено з сайту: lifecience.com
12. Megan Ware, RDN, LD. (30 травня 2017 р.). Все, що потрібно знати про йод. Відновлено з: medicalnewstoday.com
13. Національний інститут охорони здоров'я. (9 липня 2019 р.). Йод. Відновлено з: ods.od.nih.gov