Химический элемент йод — формула, строение и свойства

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 I2).

В медицине и биологии данное вещество обычно называют йодом

(например «раствор йода»), в таблице Менделеева и химической литературе употребляется название
иод
.

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

Иод 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.

• С металлами иод при легком нагревании энергично взаимодействует, образуя иодиды:

Hg + I2 = HgI2

• С водородом иод реагирует только при нагревании и не полностью, образуя йодистый водород:

I2 + H2 = 2

• Элементный иод — окислитель, менее сильный, чем хлор и бром. Сероводород H2S , Na2S2O3 и другие восстановители восстанавливают его до иона I-:

I2 + H2S = + 2HI

• При растворении в воде иод частично реагирует с ней:

I2 + H2O = + HIO

История открытия

Впервые иод был получен в 1811 г. французом Куртуа. Это был химик, а заодно – владелец селитроварни. Соду для изготовления селитры он получал из золы морских водорослей. Когда Куртуа добавил к рассолу от золы концентрированную серную кислоту, началась реакция с выделением фиолетовых паров, запахом напоминающих хлор.

Это были пары иода. Правда, молва приписывает открытие не самому Куртуа, а его коту. Якобы животное случайно опрокинуло сосуд с кислотой на зольный рассол.

В 1813-14 г. французский и английский химики, Гей-Люссак и Дэви, идентифицировали новый элемент, и назвали его иодом от греческого «иоэйдес», фиолетовый. Буквально сразу же после открытия, в 20-х г. XIX в., были изучены полезные свойства йода как лекарственного средства в лечении заболеваний щитовидной железы.

Примечательно, что вплоть до середины прошлого века вещество называли йодом, и в таблице Менделеева обозначали буквой J, Jodum. Затем элемент решили обозначать как иод, а букву J заменили на I.

Однако и в русском языке, и в некоторых европейских языках наряду с общепринятым термином продолжают использовать старый. Название «йод» употребляют в разговорной речи, а также для обозначения медицинских препаратов, биологических процессов.

Применение

Медицина

5%-ный спиртовой раствор йода используется для дезинфекции кожи вокруг повреждения (рваной, резаной или иной раны), но не для приёма внутрь при дефиците йода в организме. Продукты присоединения йода к крахмалу, другим ВМС («Синий йод

» — Йодинол, Йокс, Бетадин) являются более мягкими антисептиками.

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

См. также

• Зелёнка
• Фукорцин

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

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

Основная информация

Йод является важным элементом, необходимым для жизни. Он наиболее известен своей ролью в выработке гормонов щитовидной железы у людей, а также у всех позвоночных. Дефицит йода может привести к серьёзным проблемам со здоровьем, включая зоб (увеличение щитовидной железы), умственную отсталость и кретинизм.

В качестве чистого элемента он представляет собой блестящий пурпурно-чёрный неметалл, твёрдый при стандартных условиях. Он легко переходит из твёрдого в газообразное состояние, минуя жидкую форму, и выделяет пурпурный пар. Хотя это технически неметалл, он обладает некоторыми металлическими качествами. Основными характеристиками элемента являются:

• Название: Йод.
• Символ: I.
• Атомный номер: 53.
• Атомная масса: 126,90447 а. е. м.
• Температура плавления: 113,5 °C.
• Температура кипения: 184,0 °C.
• Электронная формула йода (Электронная конфигурация): 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p5.
• Строение атома: количество протонов — 53, электронов — 53, нейтронов — 74.
• Валентность переменная: -1, +1, (+3), (+4), +5, +7.
• Классификация: галоген.
• Кристаллическая структура: ромбическая.
• Плотность при 20°C: 4,93 г / см3.
• Цвет: чёрно-серый.

Биологическая роль

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. Иод входит в скелетный белок губок и скелетопротеинов морских многощетинковых червей.

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 в иоде составляет около 0,2 мг (200 мкг). 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).

Изотопы элемента

Известен только один природный изотоп элемента — йод-127. Изотопы — это две или более формы элемента. Они отличаются друг от друга по их массовому числу. Число, написанное справа от названия элемента, является массовым числом. Оно представляет количество протонов плюс нейтронов в ядре атома элемента. Количество протонов определяет элемент, но количество нейтронов в атоме любого одного элемента может варьироваться. Каждая вариация является изотопом.

Примерно 30 радиоактивных изотопов йода были изготовлены искусственно. Это такие изотопы, которые распадаются на части и выделяют некоторую форму радиации. Они образуются, когда очень маленькие частицы обжигают атомы. Эти частицы прилипают к атомам и делают их радиоактивными.

Применение изотопов

Ряд изотопов йода имеет коммерческое использование. В медицинских целях они вводятся в организм пациента через рот, а затем проходят через тело в кровотоке. Когда они путешествуют, то излучают радиацию. Это излучение обнаруживается с помощью рентгеновской плёнки. Медицинский специалист может сказать, насколько хорошо организм функционирует, наблюдая диаграмму направленности. Изотопы йода используются и в следующих целях:

• Йод-123 — в исследованиях мозга, почек и щитовидной железы.
• Йод-125 — для исследования поджелудочной железы, кровотока, печени, поглощения минеральных веществ в костях и потери белков в организме.
• А йод-131 — при исследованиях печени, почек, кровотока, лёгких, мозга, поджелудочной железы.

Наиболее распространённым изотопом является йод-131. При попадании в организм он имеет тенденцию поступать непосредственно в щитовидную железу, а затем используется для выработки гормонов щитовидной железы.

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.

• Тиреоидит

Содержание

• 1 Название и обозначение
• 2 История
• 3 Нахождение в природе
• 4 Физические свойства 4.1 Изотопы

Физические свойства

Жидкий йод на дне химического стакана
Природный йод состоит только из одного изотопа — йода-127 (см. Изотопы йода). 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 йода 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 йода равны, соответственно: 10,45; 19,10; 33 эВ. Сродство к электрону −3,08 эВ. По шкале Полинга электроотрицательность йода — 2,66, йод принадлежит к числу неметаллов.

Йод 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 этиловом спирте. Слабо растворяется в воде (0,28 г/л), лучше растворяется в водных растворах йодидов щелочных металлов с образованием трийодидов (например трийодида калия KI3).

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

Жидкий йод можно получить, нагревая его под давлением.

Изотопы

Известны 37 изотопов йода с массовыми числами от 108 до 144. Из них только 127I является стабильным, период полураспада остальных изотопов йода составляет от 103 мкс до 1,57⋅107 лет; 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.

Признаки нехватки йода

О том, что человеку необходимо дополнительное применение йода, говорят следующие симптомы его недостатка:

• Повышенная утомляемость, усталость • Головные боли • Накопление лишнего веса • Запоры • Сухость кожи, тусклые волосы, ломкие ногти и т.д.

Перечисленные признаки встречаются у многих людей. В случае серьезного недостатка йода может произойти угнетение работы щитовидной железы и развитие гипотиреоза. В этом случае к вышеупомянутым симптомам присоединяются снижение температуры тела, нарушение артериального давления, импотенция у мужчин, расстройства цикла у женщин, бесплодие, сильная сонливость и др.