Иод

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
53 ТеллурИодКсенон
Br

I

At
Водород Гелий Литий Бериллий Бор Углерод Азот Кислород Фтор Неон Натрий Магний Алюминий Кремний Фосфор Сера Хлор Аргон Калий Кальций Скандий Титан Ванадий Хром Марганец Железо Кобальт Никель Медь Цинк Галлий Германий Мышьяк Селен Бром Криптон Рубидий Стронций Иттрий Цирконий Ниобий Молибден Технеций Рутений Родий Палладий Серебро Кадмий Индий Олово Сурьма Теллур Иод Ксенон Цезий Барий Лантан Церий Празеодим Неодим Прометий Самарий Европий Гадолиний Тербий Диспрозий Гольмий Эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний Тантал Вольфрам Рений Осмий Иридий Платина Золото Ртуть Таллий Свинец Висмут Полоний Астат Радон Франций Радий Актиний Торий Протактиний Уран Нептуний Плутоний Америций Кюрий Берклий Калифорний Эйнштейний Фермий Менделевий Нобелий Лоуренсий Резерфордий Дубний Сиборгий Борий Хассий Мейтнерий Дармштадтий Рентгений Коперниций Унунтрий Флеровий Унунпентий Ливерморий Унунсептий УнуноктийПериодическая система элементов
53I
Orthorhombic.svg
Electron shell 053 Iodine.svg
Внешний вид простого вещества
Iod kristall.jpg
Блестящий тёмно-серый неметалл. В газообразном состоянии — фиолетовый.
Свойства атома
Название, символ, номер

Ио́д / Iodum (I), 53

Атомная масса
(молярная масса)

126,90447(3)[1] а. е. м. (г/моль)

Электронная конфигурация

[Kr] 4d10 5s2 5p5

Радиус атома

136 пм

Химические свойства
Ковалентный радиус

133 пм

Радиус иона

(+7e) 50 (-1e) 220 пм

Электроотрицательность

2,66 (шкала Полинга)

Электродный потенциал

0

Степени окисления

7, 5, 3, 1, 0, −1

Энергия ионизации
(первый электрон)

 1 008,3 (10,45) кДж/моль (эВ)

Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)

4,93 г/см³

Температура плавления

113,5 °C

Температура кипения

184,35 °C

Уд. теплота плавления

15,52 (I—I) кДж/моль

Уд. теплота испарения

41,95 (I—I) кДж/моль

Молярная теплоёмкость

54,44[2] Дж/(K·моль)

Молярный объём

25,7 см³/моль

Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки

орторомбическая

Параметры решётки

a=7,18 b=4,71 c=9,81[3]

Отношение c/a

-

Прочие характеристики
Теплопроводность

(300 K) (0,45) Вт/(м·К)

53
Иод
I
126,905
4d105s25p5

Ио́д[4] (тривиальное (общеупотребительное) название — йод[5]; от др.-греч. ἰώδης — «фиалковый (фиолетовый)») — элемент 17-й группы периодической таблицы химических элементов (по устаревшей классификации — элемент главной подгруппы VII группы), пятого периода, 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 I2).

Название и обозначение[править | править вики-текст]

Название элемента предложено Гей-Люссаком и происходит от др.-греч. ἰώδης, ιώο-ειδης (букв. «фиалкоподобный»), что связано с цветом пара, который наблюдал французский химик Бернар Куртуа, нагревая маточный рассол золы морских водорослей с концентрированной серной кислотой. В медицине и биологии данный элемент и простое вещество обычно называют йодом, например «раствор йода», в соответствии со старым вариантом названия, существовавшим в химической номенклатуре до середины XX века.

В современной химической номенклатуре используется наименование иод. Такое же положение существует в некоторых других языках, например в немецком: общеупотребительное Jod и терминологически корректное Iod. Одновременно с изменением названия элемента в 1950-х годах Международным союзом общей и прикладной химии символ элемента J был заменен на I[6].

История[править | править вики-текст]

Иод был открыт в 1811 г. Куртуа в золе морских водорослей, а с 1815 г. Гей-Люссак стал рассматривать его как химический элемент[7].

Нахождение в природе[править | править вики-текст]

Иод.

Иод — редкий элемент. Его кларк всего 400 мг/т. Однако он чрезвычайно сильно рассеян в природе и, будучи далеко не самым распространенным элементом, присутствует практически везде. Иод находится в виде иодидов в морской воде (20—30 мг на тонну морской воды). Присутствует в живых организмах, больше всего в водорослях (5 кг на тонну высушенной морской капусты, ламинарии). Известен в природе также в свободной форме, в качестве минерала, но такие находки единичны, — в термальных источниках Везувия и на острове 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. Наиболее известный из минералов иода — лаутарит Ca(IO3)2. Некоторые другие минералы иода — иодобромит Ag(Br, Cl, I), эмболит Ag(Cl, Br), майерсит CuI·4AgI.

Сырьём для промышленного получения иода 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, щёлок калийных и селитряных производств, что намного удорожает производство иода из такого сырья[8].

Физические свойства[править | править вики-текст]

Пары иода.

Природный иод состоит только из одного изотопа — иода-127 (см. Изотопы иода). Конфигурация внешнего электронного слоя 5s2p5. В соединениях проявляет степени окисления −1, 0, +1, +3, +5 и +7 (валентности I, III, V и VII).

Радиус нейтрального атома иода 0,136 нм, ионные радиусы I, I5+ и I7+ равны, соответственно, 0,206; 0,058-0,109; 0,056-0,067 нм. Энергии последовательной ионизации нейтрального атома иода равны, соответственно: 10,45; 19,10; 33 эВ. Сродство к электрону −3,08 эВ. По шкале Полинга электроотрицательность иода 2,66, иод принадлежит к числу неметаллов.

Иод при обычных условиях — твёрдое вещество, чёрно-серые или тёмно-фиолетовые кристаллы со слабым металлическим блеском и специфическим запахом.

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. Слабо растворяется в воде (0,28 г/л), лучше растворяется в водных растворах иодидов щелочных металлов с образованием трииодидов (напр. трииодид калия).

При нагревании при атмосферном давлении иод сублимирует (возгоняется), превращаясь в пары фиолетового цвета; при охлаждении при атмосферном давлении пары иода кристаллизуются, минуя жидкое состояние. Этим пользуются на практике для очистки иода от нелетучих примесей.

Жидкий иод можно получить, нагревая его под давлением.

Химические свойства[править | править вики-текст]

Иод относится к группе галогенов.

Электронная формула (Электронная конфигурация) иода: 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p5.

Образует ряд кислот: иодоводородную (HI), иодноватистую (HIO), иодистую (HIO2), иодноватую (HIO3), иодную (HIO4).

Химически иод довольно активен, хотя и в меньшей степени, чем хлор и бром.

  • Довольно известной качественной реакцией на иод является его взаимодействие с крахмалом[9], при котором наблюдается синее окрашивание в результате образования соединения включения. Эту реакцию открыли в 1814 году Жан-Жак Колен (Jean-Jacques Colin) и Анри-Франсуа Готье де Клобри (Henri-François Gaultier de Claubry)[10].
  • С металлами иод при легком нагревании энергично взаимодействует, образуя иодиды:
\mathsf{Hg + I_2 \rightarrow HgI_2}
  • С водородом иод реагирует только при нагревании и не полностью, образуя иодоводород:
\mathsf{H_2 + I_2 \rightarrow 2HI}
\mathsf{I_2 + H_2S \rightarrow S + 2HI}
\mathsf{I_2 + 2Na_2S_2O_3 \rightarrow 2NaI + Na_2S_4O_6}

Последняя реакция также используется в аналитической химии для определения иода.

  • При растворении в воде иод частично реагирует с ней:
\mathsf{I_2 + H_2O \rightarrow HI + HIO} pKc=15.99
\mathsf{3I_2 + 5 NH_3 \rightarrow 3NH_4I + NH_3 \cdot NI_3\downarrow }

Нитрид трииода в сухом кристаллическом состоянии разлагается с выделением фиолетовых паров иода, что демонстрируется как эффектная химическая реакция.

  • Иодиды щелочных металлов очень склонны в растворах присоединять (растворять) молекулы галогенов с образованием полииодидов (периодидов) — трииодид калия, дихлороиодат(I) калия:
\mathsf{ KI +  I_2 \rightarrow KI_3 }

Изотопы[править | править вики-текст]

Известны 37 изотопов иода с массовыми числами от 108 до 144. Из них только 127I является стабильным, период полураспада остальных изотопов иода составляет от 103 мкс до 1,57·107 лет[12]; отдельные изотопы используются в терапевтических и диагностических целях.

Радиоактивный нуклид 131I распадается с испусканием β-частиц (наиболее вероятные максимальные энергии — 0,248, 0,334 и 0,606 МэВ), а также с излучением γ-квантов с энергиями от 0,08 до 0,723 МэВ[13].

Применение[править | править вики-текст]

В медицине[править | править вики-текст]

5 % спиртовой раствор йода

5-процентный спиртовой раствор иода используется для дезинфекции кожи вокруг повреждения (рваной, резаной или иной раны), но не для приёма внутрь при дефиците иода в организме. Продукты присоединения иода к крахмалу, другим ВМС (т. н. «Синий йод» — Йодинол, Йокс, Бетадин и др.) являются более мягкими антисептиками.

При большом количестве внутримышечных уколов, на месте уколов пациенту регулярно делается иодная клетка (это научный медицинский термин), в просторечии называемая иодной сеткой, — иодом рисуется сетка на площади, в которую делаются уколы (напр. на ягодицах). Это нужно для того, чтобы быстро рассасывались желваки, образовавшиеся в местах уколов.

Широко рекламируется в альтернативной (неофициальной) медицине, однако его использование без назначения врача в целом мало обосновано и нередко сопровождается различными рекламными заявлениями.

В качестве антисептика применяется всё реже и реже, наряду со спиртовым раствором иода используется Зелёнка, Фукорцин, Пиоктанин, растворы перекиси водорода и др.

В рентгенологических и томографических исследованиях широко применяются йодсодержащие контрастные препараты.

В криминалистике[править | править вики-текст]

В криминалистике пары иода применяются для обнаружения отпечатков пальцев на бумажных поверхностях, например на купюрах.

В технике[править | править вики-текст]

Источники света[править | править вики-текст]

Иод используется в источниках света:

Производство аккумуляторов[править | править вики-текст]

Иод используется в качестве компонента положительного электрода (окислителя) в литиево-иодных аккумуляторах для электромобилей.

Лазерный термоядерный синтез[править | править вики-текст]

Некоторые иодорганические соединения применяются для производства сверхмощных газовых лазеров на возбужденных атомах иода (исследования в области лазерного термоядерного синтеза).

Радиоэлектронная промышленность[править | править вики-текст]

В последние годы резко повысился спрос на иод со стороны производителей жидкокристаллических дисплеев.

Динамика потребления иода[править | править вики-текст]

Мировое потребление иода в 2005 составило 25,5 тыс. тонн.

Биологическая роль[править | править вики-текст]

Иод относится к микроэлементам и присутствует во всех живых организмах. Его содержание в растениях зависит от присутствия его соединений в почве и водах. Некоторые морские водоросли (морская капуста, или ламинария, фукус и другие) накапливают до 1 % иода. Богаты иодом водоросли семейства рясковых. Иод входит в скелетный белок губок и скелетопротеинов морских многощетинковых червей.

Иод и щитовидная железа[править | править вики-текст]

У животных и человека иод входит в состав так называемых тиреоидных гормонов, вырабатываемых щитовидной железой — тироксина и трииодтиронина, оказывающих многостороннее воздействие на рост, развитие и обмен веществ организма.

В организме человека (масса тела 70 кг) содержится 12-20 мг иода. Суточная потребность человека в иоде определяется возрастом, физиологическим состоянием и массой тела. Для человека среднего возраста нормальной комплекции (нормостеник) суточная доза иода составляет 0,15 мг.[15]

Отсутствие или недостаток иода в рационе (что типично для некоторых местностей) приводит к заболеваниям (эндемический зоб, кретинизм, гипотиреоз). В связи с этим к поваренной соли, поступающей в продажу в местностях с естественным геохимическим дефицитом иода, с профилактической целью добавляют иодид калия, иодид натрия или иодат калия (иодированная соль).

Недостаток иода приводит к заболеваниям щитовидной железы (например, к базедовой болезни, кретинизму). Также при небольшом недостатке иода отмечается усталость, головная боль, подавленное настроение, природная лень, нервозность и раздражительность; слабеет память и интеллект. Со временем появляется аритмия, повышается артериальное давление, падает уровень гемоглобина в крови.

Токсичность[править | править вики-текст]

Skull and crossbones.svg

Иод ядовит. Смертельная доза 3 г. Вызывает поражение почек и сердечно-сосудистой системы. При вдыхании паров иода 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, повышение температуры, рвота, понос, бурый налёт на языке, боли в сердце и учащение пульса. Через день появляется кровь в моче. Через 2 дня появляются почечная недостаточность и миокардит. Без лечения наступает летальный исход[16].

ПДК иода в воде 0,125 мг/дм³, в воздухе 1 мг/м³.

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O’Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu. Atomic weights of the elements 2011 (IUPAC Technical Report) (англ.) // Pure and Applied Chemistry. — 2013. — Т. 85. — № 5. — С. 1047-1078. — DOI:10.1351/PAC-REP-13-03-02
  2. Редкол.:Кнунянц И. Л. (гл. ред.) Химическая энциклопедия: в 5 т. — Москва: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2. — С. 251. — 671 с. — 100 000 экз.
  3. WebElements Periodic Table of the Elements | Iodine | crystal structures
  4. Такое написание термина зафиксировано в химической номенклатуре, БСЭ и БРЭ.
  5. Такое написание зафиксировано в нормативных словарях русского языка — «Орфографическом словаре русского языка» Б. З. Букчиной, И. К. Сазоновой, Л. К. Чельцовой (6-е издание, 2010; ISBN 978-5-462-00736-1) и «Грамматическом словаре русского языка» А. А. Зализняка (6-е издание, 2009; ISBN 978-5-462-00766-8).
  6. Леенсон И. А. Иод или йод? // Химия и жизнь — XXI век. — 2008. — № 12. — С. 58—59. — ISSN 1727-5903.
  7. Йод // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: В 86 томах (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
  8. http://chls.web-box.ru/novosti/pochemu-roshal-protiv-joda
  9. Качественная реакция на йод — видеоопыт в Единой коллекции цифровых образовательных ресурсов
  10. См. стр. 92 следующей статьи: Colin, Gaultier de Claubry (1814). «Mémoire sur les combinaisons de l'iode avec les substances végétales et animales». Annales de chimie 90: 87-100.
  11. Silberrad, O. (1905). «The Constitution of Nitrogen Triiodide». Journal of the Chemical Society, Transactions 87: 55–66. DOI:10.1039/CT9058700055.
  12. G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot and A. H. Wapstra (2003). «The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties». Nuclear Physics A 729: 3–128. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.
  13. WWW Table of Radioactive Isotopes (англ.). — Энергетические уровни 131I. Проверено 27 марта 2011. Архивировано из первоисточника 22 августа 2011.
  14. Справочник химика / Редкол.: Никольский Б.П. и др.. — 2-е изд., испр. — М.-Л.: Химия, 1966. — Т. 1. — 1072 с.
  15. дефицит йода и йоддефицитные заболевания
  16. Вредные химические вещества. Неорганические соединения элементов V-VIII групп / под ред. Владимира Филова. — М.: Химия. — С. 400. — 592 с. — 33 000 экз. — ISBN 5-7245-0264-X.

Ссылки[править | править вики-текст]