ЙОД: ИСТОРИЯ, СВОЙСТВА, СТРУКТУРА, ПОЛУЧАВАНЕ, РИСКОВЕ, ПРИЛОЖЕНИЯ - ХИМИЯ - 2025

На йод е реактивна без - метален елемент, принадлежащ към група 17 от периодичната таблица (халогена) и е представен чрез химически символ I. Това е по същество елемент доста известен от йод води до хормон тирозин,

В твърдо състояние йодът е тъмносив с метален блясък (по-ниско изображение), способен да сублимира, за да произведе виолетови пари, които при кондензиране на студена повърхност оставят тъмни остатъци. Експериментите за демонстриране на тези характеристики са многобройни и привлекателни.

Здрави йодни кристали. Източник: BunGee

Този елемент е изолиран за първи път от Bernard Curtois през 1811 г., като същевременно се получават съединения, които служат като суровина за производството на нитрати. Куртуас обаче не определи йода като елемент, заслуга, споделена от Джоузеф Гей-Лусак и Хъмфри Дейви. Гей-Лусак определи елемента като "йод", термин, който идва от гръцката дума "йоиди", с която е обозначена цветната виолетка.

Елементарният йод, подобно на другите халогени, е диатомична молекула, изградена от два йодни атома, свързани чрез ковалентна връзка. Взаимодействието на Van der Waals между йодните молекули е най-силното сред халогените. Това обяснява защо йодът е халогенът с най-високи температури на топене и кипене. Освен това той е най-слабо реактивен от халогените и този с най-ниска електронегативност.

Йодът е основен елемент, който трябва да се приема, тъй като е необходим за растежа на тялото; мозъчно и психическо развитие; метаболизъм като цяло и др., препоръчвайки дневен прием от 110 µg / ден.

Йодният дефицит в състоянието на плода на човек е свързан с появата на кретинизъм, състояние, характеризиращо се с забавяне на растежа на тялото; както и недостатъчно умствено и интелектуално развитие, страбизъм и др.

Междувременно дефицитът на йод във всяка възраст на индивида е свързан с появата на гуша, характеризираща се с хипертрофия на щитовидната жлеза. Гушата е ендемично заболяване, тъй като е ограничена до определени географски райони със собствени хранителни характеристики.

история

откритие

Йодът е открит от френския химик Бернар Къртуа през 1811 г., докато работи с баща си в производството на селетер, като за това е необходим натриев карбонат.

Това съединение се изолира от водорасли, които те събират край бреговете на Нормандия и Бретан. За тази цел водораслите се изгарят и пепелта се промива с вода, като получените остатъци се унищожават с добавяне на сярна киселина.

Веднъж, може би чрез случайна грешка, Куртоа добави излишък от сярна киселина и се образува лилава пара, която кристализира върху студените повърхности, утаявайки се като тъмни кристали. Куртуа подозираше, че е в присъствието на нов елемент, и го нарече „вещество X“.

Куртоа откри, че това вещество при смесване с амоняк образува кафяво твърдо вещество (азотен трийодид), което експлодира при най-малък контакт.

Куртоа обаче е ограничен в продължаването на своите изследвания и решава да даде проби от неговото вещество на Чарлз Дезорм, Николас Клемент, Джоузеф Гей-Лусак и Андре-Мари Ампер, за да получи сътрудничеството си.

Възникване на името

През ноември 1813 г. Дезорм и Климент оповестяват откритието на Къртуа. През декември същата година Гей-Лусак посочи, че новото вещество може да бъде нов елемент, предлагайки името "йод" от гръцката дума "йоиди", обозначена за виолетова.

Сър Хъмфри Дейви, който получи част от пробата, дадена на Ампер от Къртуа, експериментира с пробата и отбеляза сходство с хлора. През декември 1813 г. Кралското общество в Лондон участва в идентифицирането на нов елемент.

Въпреки че между Гей-Лусак и Дейви възникна дискусия за идентифицирането на йод, двамата признаха, че Куртуа е първият, който го изолира. През 1839 г. Куртуа най-накрая получава наградата на Монтийн от Кралската академия на науките в знак на изолация на йод.

Исторически приложения

През 1839 г. Луи Дагере дава йод първата си търговска употреба, изобретявайки метод за производство на фотографски изображения, наречен дагеротипове, върху тънки метални листове.

През 1905 г. северноамериканският патолог Дейвид Марин изследва йодния дефицит при определени заболявания и препоръчва приема му.

Физични и химични свойства

Външен вид

Сублимация на йодни кристали. Източник: Ершова Елизавета

Плътно тъмно сиво с метален блясък. Когато са сублимирани, изпаренията му са с лилав цвят (горно изображение).

Стандартно атомно тегло

126.904 ф

Атомно число (Z)

53

Точка на топене

113,7 ºC

Точка на кипене

184,3 ºC

плътност

Температура на околната среда: 4.933 гр / см ³

разтворимост

Той се разтваря във вода за получаване на кафяви разтвори с концентрация 0,03% при 20 ° С.

Тази разтворимост се увеличава значително, ако има предварително разтворени йодидни йони, тъй като между I ^- и I ₂ се създава равновесие, за да се образува анионният вид I ₃ ^-, който се разтваря по-добре от йода.

В органични разтворители като хлороформ, тетрахлорид на въглерод и въглероден дисулфид, йодът се разтваря, придавайки лилав оттенък. Също така, той се разтваря в азотни съединения като пиридин, хинолин и амоняк, за да образува отново кафеникав разтвор.

Разликата в лежи оттенъци на факта, че йод се разтваря в солватирани I ₂ молекули, или като трансфер заряд комплекси; последните се появяват при работа с полярни разтворители (вода сред тях), които се държат като бази на Люис, като даряват електрони на йод.

миризма

Остър, дразнещ и характерен. Праг на мирис: 90 mg / m ³ и праг на дразнеща миризма: 20 mg / m ³.

Коефициент на разпределение на октанол / вода

Log P = 2.49

разлагане

При нагряване до разлагане излъчва дим от водороден йодид и различни йодидни съединения.

вискозитет

2,27 cP при 116 ºC

Тройна точка

386,65 К и 121 kPa

Критична точка

819 К и 11,7 МРа

Топлина от синтез

15,52 kJ / mol

Топлина от изпаряване

41,57 kJ / mol

Моларен калоричен капацитет

54,44 J / (мол K)

Парно налягане

Йодът има умерено налягане на парата и когато контейнерът се отвори, той бавно се сублимира до виолетови пари, дразнещи очите, носа и гърлото.

Окислителни числа

Окислителните числа за йод са: - 1 (I ^-), +1 (I ⁺), +3 (I ³⁺), +4 (I ⁴⁺), +5 (I ⁵⁺), +6 (I ⁶⁺) и +7 (I ⁷⁺). Във всички йодидни соли, като KI, йодът има окислително число -1, тъй като в тях имаме аниона I ^-.

Йодът придобива положителни окислителни числа, когато се комбинира с елементи, по-електроотрицателни от него; например в неговите оксиди (I ₂ O ₅ и I ₄ O ₉) или интерхалогенирани съединения (IF, I-Cl и I-Br).

Електроотрицателност

2.66 по скалата на Полинг

Йонизационна енергия

Първо: 1,008,4 kJ / mol

Второ: 1845 kJ / mol

Трето: 3180 KJ / mol

Топлопроводимост

0,449 W / (m K)

Електрическо съпротивление

1,39 · 10 ⁷ Ω · m при 0 ° C

Магнетичен ред

диамагнитно

реактивност

Йодът се комбинира с повечето метали за образуване на йодиди, както и с неметални елементи като фосфор и други халогени. Йодният йон е силен редуциращ агент, който спонтанно отделя електрон. Окисляването на йодид създава кафеникав нюанс на йод.

Йодът, за разлика от йодида, е слаб окислител; по-слаб от бром, хлор и флуор.

Йод с окислително число +1 може да се комбинира с други халогени с окислително число -1, за да се получат халидите на йод; например: йоден бромид, IBr. По същия начин, той се комбинира с водород, за да доведе до водороден йодид, който след разтварянето му във вода се нарича хидройодна киселина.

Водната йодна киселина е много силна киселина, способна да образува йодиди при реакция с метали или техните оксиди, хидроксиди и карбонати. Йод има пет окисляване състояние в йодна киселина (тио ₃), който е дехидратиран до получаване йод пентоксид (I ₂ О ₅).

Структура и електронна конфигурация

- Йоден атом и неговите връзки

Диатомична йодна молекула. Източник: Benjah-bmm27 чрез Wikipedia.

Йодът в неговото основно състояние се състои от атом, който има седем валентни електрона, само един от тях може да завърши своя октет и да стане изоелектрон с благородния газов ксенон. Тези седем електрона са подредени в техните 5s и 5p орбитали според тяхната електронна конфигурация:

4d ¹⁰ 5s ² 5p ⁵

Следователно, I атомите проявяват силна склонност да се свързват ковалентно, така че всеки поотделно да има осем електрона в най-външната си обвивка. По този начин, две I атоми се събират и форма II връзка, която определя двуатомен молекула I ₂ (горен изображение); молекулна единица йод в трите му физични състояния при нормални условия.

Показва снимка на I ₂ молекула, представени с модел пространствен пълнене. Тя е не само диатомична молекула, но и хомонуклеарна и аполарна; Следователно техните междумолекулни взаимодействия (I ₂ - I ₂) се управляват от лондонските дисперсионни сили, които са пряко пропорционални на тяхната молекулна маса и размера на атомите.

Тази връзка обаче е по-слаба в сравнение с другите халогени (FF, Cl-Cl и Br-Br). Това теоретично се дължи на лошото припокриване на техните хибридни орбитали sp ³.

- Кристали

Молекулната маса на I ₂ позволява на дисперсни сили да бъдат посока и достатъчно силен, за да се установи орторомбична кристална при атмосферно налягане. Високото му съдържание на електрон кара светлината да насърчава безкрайните енергийни преходи, което води до оцветяване на кристалите на йода.

Когато обаче йодът сублимира, изпаренията му показват виолетово оцветяване. Това вече е показателно за по-специфично преход в рамките на I ₂ молекулно орбитите (тези на по-висока енергия или анти-свързване).

Базова центрирана орторомбична единична клетка за йодния кристал. Източник: Benjah-bmm27.

Показан по-горе са I _две молекули, представени от сфери, пръчки модел, подредени в орторомбична единица клетка.

Вижда се, че има два слоя: долният с пет молекули и средният с четири. Също така имайте предвид, че йодната молекула седи в основата на клетката. Стъклото се изгражда чрез периодично разпределение на тези слоеве и в трите измерения.

Пътувайки посоката, успоредна на II връзките, се установява, че йодните орбитали се припокриват, за да генерират лента на проводимост, което прави този елемент полупроводник; способността му да провежда електричество обаче изчезва, ако се следва посоката, перпендикулярна на слоевете.

Свързване на разстояния

Линк II изглежда се е разширил; и всъщност е така, тъй като дължината на нейната връзка се увеличава от 266 pm (газообразно състояние) до 272 pm (твърдо състояние).

Това може да се дължи на факта, че I ₂ молекули са много далеч един от друг в газ, техните междумолекулни сили са почти незначителни; докато в твърдото вещество тези сили (II - II) стават осезаеми, привличайки йодните атоми на две съседни молекули една към друга и вследствие на това съкращавайки междумолекулното разстояние (или интератомно, гледано по друг начин).

Тогава, когато йодният кристал се сублимира, II връзката се свива в газовата фаза, тъй като съседните молекули вече не упражняват същата атрактивна (дисперсивна) сила върху заобикалящата ги среда. И също така, логично, разстоянието I ₂ - I _{2 се} увеличава.

- Фази

По-рано беше споменато, че II връзката е по-слаба в сравнение с другите халогени. В газова фаза при температура от 575 ° С, 1% от I _две молекули се разпадне на отделни атоми I. Има толкова много топлинна енергия, че само две аз се присъединявам, че се разделят и т.н.

По подобен начин това разкъсване на връзката може да възникне, ако върху йодните кристали се прилагат огромни налягания. Чрез компресирането твърде много (под налягане стотици хиляди пъти по-голямо от атмосферното), на I ₂ молекулите се пренареждат като едноатомен фаза I и след това йод се казва, че проявява метални характеристики.

Съществуват обаче и други кристални фази, като: ориентирана към тялото орторомбична (фаза II), центрирана към тялото тетрагонална (фаза III) и кубично ориентирана към лицето кубична (фаза IV).

Къде да намеря и получавам

Йодът има тегловно съотношение спрямо земната кора от 0,46 ppm, като заема 61-о място по изобилие в него. Йодидните минерали са оскъдни, а търговски изгодните йодни залежи са йодати.

Йодните минерали се намират в магматични скали с концентрация от 0,02 mg / kg до 1,2 mg / kg и в магматични скали с концентрация от 0,02 mg до 1,9 mg / kg. Той може да бъде открит и в шистата в Кимеридж, с концентрация от 17 mg / kg тегло.

Също така йодните минерали се намират във фосфатни скали с концентрация от 0,8 до 130 mg / kg. Морската вода има йодна концентрация, варираща от 0,1 до 18 µg / L. Морските водорасли, гъбите и стридите преди са били основните източници на йод.

Понастоящем обаче основните източници са каличе, находища на натриев нитрат в пустинята Атакама (Чили) и саламури, предимно от японското газово находище в Минами Канто, източно от Токио, и газовото находище Анадарко. Басейн в Оклахома (САЩ).

Каличката

Йодът се извлича от калича под формата на йодат и се обработва с натриев бисулфит, за да се редуцира до йодид. След това разтворът се реагира с прясно извлечен йодат, за да се улесни филтрирането му. Каличе е основният източник на йод през 19 и началото на 20 век.

саламура

След пречистване саламурата се обработва със сярна киселина, която произвежда йодид.

Този йодиден разтвор впоследствие реагира с хлор, за да се получи разреден разтвор на йод, който се изпарява чрез поток въздух, който се отклонява към абсорбираща кула със серен диоксид, предизвиквайки следната реакция:

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

Впоследствие газът на водородния йодид реагира с хлора, за да освободи йода в газообразно състояние:

2 HI + Cl ₂ => I ₂ + 2 HCl

И накрая, йодът се филтрира, пречиства и опакова за употреба.

Биологична роля

- Препоръчителна диета

Йодът е съществен елемент, тъй като се намесва в многобройните функции на живите същества, които са особено известни при хората. Единственият начин йодът да влезе в човека е чрез храната, която яде.

Препоръчителната йодна диета варира с възрастта. По този начин 6-месечно дете изисква прием 110 µg / ден; Но от 14-годишна възраст препоръчителната диета е 150 µg / ден. Освен това е посочено, че приемът на йод не трябва да надвишава 1100 µg / ден.

- Хормони на щитовидната жлеза

Тироид-стимулиращият хормон (TSH) се секретира от хипофизата и стимулира поемането на йод от щитовидните фоликули. Йодът се пренася в фоликулите на щитовидната жлеза, известни като колоиди, където се свързва с аминокиселината тирозин, за да образува монойодотирозин и дийодотирозин.

В фоликуларен колоид, молекула на monoiodothyronine комбинира с молекула на дийодотиронин да се образува молекула, наречена трийодотиронин (T ₃). От друга страна, две молекули дийодтирозин могат да се присъединят заедно, образувайки tetraiodothyronine (T ₄). Т ₃ и Т ₄ се наричат хормони на щитовидната жлеза.

Хормоните Т ₃ и Т ₄ се секретират в плазма, където се свързват с плазмените протеини; включително протеина за преносител на хормони на щитовидната жлеза (TBG). Повечето от хормоните на щитовидната жлеза се транспортират в плазмата като Т ₄.

Обаче, активната форма на хормони на щитовидната жлеза е Т ₃, така T ₄ в "бели" органи на тироидни хормони, се подлага на дейодиране и се трансформират в Т ₃ да упражнява своята хормонално действие.

Ефекти редактират

Ефектите от действието на хормоните на щитовидната жлеза са множество, като е възможно следното: повишен метаболизъм и синтез на протеини; насърчаване на растежа на тялото и развитието на мозъка; повишено кръвно налягане и сърдечна честота и др.

- Дефицит

Недостигът на йод и следователно на хормоните на щитовидната жлеза, известен като хипотиреоидизъм, има многобройни последици, които се влияят от възрастта на човека.

Ако дефицитът на йод се появи по време на феталното състояние на човек, най-релевантното последствие е кретинизмът. Това състояние се характеризира с признаци като нарушена умствена функция, забавено физическо развитие, страбизъм и забавено сексуално съзряване.

Дефицитът на йод може да индуцира гуша, независимо от възрастта, на която дефицитът възниква. Гуша е свръхразвитие на щитовидната жлеза, причинено от прекомерно стимулиране на жлезата от хормона TSH, освободен от хипофизата в резултат на недостиг на йод.

Прекомерният размер на щитовидната жлеза (гуша) може да компресира трахеята, ограничавайки преминаването на въздух през нея. Освен това може да причини увреждане на ларингеалните нерви, което може да доведе до дрезгавост.

Рискове

Отравянето от прекомерен прием на йод може да причини изгаряния в устата, гърлото и треска. Също коремна болка, гадене, повръщане, диария, слаб пулс и кома.

Излишъкът от йод предизвиква някои от симптомите, наблюдавани при дефицит: има инхибиране на синтеза на хормони на щитовидната жлеза, като по този начин увеличава освобождаването на TSH, което води до хипертрофия на щитовидната жлеза; тоест гуша.

Проучванията показват, че прекомерният прием на йод може да причини тиреоидит и папиларен рак на щитовидната жлеза. В допълнение, прекомерният прием на йод може да взаимодейства с лекарства, ограничавайки тяхното действие.

Приемането на твърде много йод във връзка с антитироидни лекарства, като метимазол, използван за лечение на хипертиреоидизъм, може да има адитивен ефект и да причини хипотиреоидизъм.

Инхибиторите на ангиотензин-конвертиращия ензим (АСЕ), като беназеприл, се използват за лечение на хипертония. Приемът на прекомерно количество калиев йодид увеличава риска от хиперкалиемия и хипертония.

Приложения

Лекари

Йодът действа като дезинфектант за кожа или рани. Той има почти мигновено антимикробно действие, прониква във вътрешността на микроорганизмите и взаимодейства със серни аминокиселини, нуклеотиди и мастни киселини, което причинява клетъчна смърт.

Тя упражнява антивирусното си действие главно върху покритите вируси, постулирайки, че атакува протеините по повърхността на покритите вируси.

Калиев йодид под формата на концентриран разтвор се използва за лечение на тиреотоксикоза. Използва се и за контрол на въздействието на лъчение ¹³¹ I, като блокира свързването на радиоактивния изотоп с щитовидната жлеза.

Йодът се използва при лечението на дендритен кератит. За да направите това, роговицата е изложена на водна пара, наситена с йод, временно губейки епитела на роговицата; но има пълно възстановяване от него за два-три дни.

Също така йодът има благоприятен ефект при лечението на муковисцидоза на гърдата на човека. По същия начин се предполага, че ¹³¹ бих могъл да бъда незадължително лечение за рак на щитовидната жлеза.

Реакции и каталитично действие

Йодът се използва за откриване на наличието на скорбяла, придава синя оттенък. Реакцията на йод с нишесте се използва и за установяване наличието на фалшиви банкноти, отпечатани върху хартия, съдържаща нишесте.

Калиевият (II) тетрайодомеркурат, известен още като реагент на Несслер, се използва при откриването на амоняк. Също така, алкален йоден разтвор се използва при йодоформен тест, за да се покаже наличието на метил кетони.

Неорганичните йодиди се използват за пречистване на метали, като титан, цирконий, хафний и торий. В един етап от процеса трябва да се образуват тетрайодидите на тези метали.

Йодът служи като стабилизатор за колофон, масло и други продукти от дърво.

Йодът се използва като катализатор в реакциите на органичен синтез на метилиране, изомеризация и дехидрогениране. Междувременно хидройодната киселина се използва като катализатор за производството на оцетна киселина в процесите Monsanto и Cativa.

Йодът действа като катализатор при кондензацията и алкилирането на ароматни амини, както и при сулфатиране и сулфатиране, както и за производството на синтетични каучуци.

Фотография и оптика

Сребърният йодид е съществен компонент на традиционния фотографски филм. Йодът се използва при производството на електронни инструменти като монокристални призми, поляризиращи оптични инструменти и стъкло, способни да предават инфрачервени лъчи.

Други приложения

Йодът се използва при производството на пестициди, анилинови багрила и фталеин. В допълнение, той се използва в синтеза на багрила и е средство за гасене на дим. И накрая, сребърният йодид служи като кондензиращо ядро ​​за водната пара в облаците, за да предизвика дъжд.

Препратки

1. Шивър и Аткинс. (2008 г.). Неорганична химия. (Четвърто издание). Mc Graw Hill.
2. Стюарт Ира Фокс (2003). Човешката физиология. Първо издание. Редактиране. McGraw-Hill Interamericana
3. Wikipedia. (2019). Йод. Възстановено от: en.wikipedia.org
4. Takemura Kenichi, Sato Kyoko, Fujihisa Hiroshi & Onoda Mitsuko. (2003 г.). Модулирана структура на твърд йод по време на молекулярната му дисоциация под високо налягане. Природен обем 423, страници971–974. doi.org/10.1038/nature01724
5. Chen L. et al. (1994). Структурни фазови преходи на йод при високо налягане. Институт по физика, Академия Синица, Пекин. doi.org/10.1088/0256-307X/11/2/010
6. Стефан Шнайдер и Карл Крист. (26 август 2019 г.). Йод. Encyclopædia Britannica. Възстановено от: britannica.com
7. Д-р Дъг Стюарт. (2019). Факти с йоден елемент. Chemicool. Възстановено от: chemicool.com
8. Национален център за информация за биотехнологиите. (2019). Йод. PubChem база данни. CID = 807. Възстановени от: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
9. Rohner, F., Zimmermann, M., Jooste, P., Pandav, C., Caldwell, K., Raghavan, R., & Raiten, DJ (2014). Биомаркери на храненето за развитие - йоден преглед. Списанието за храненето, 144 (8), 1322S-1342S. doi: 10.3945 / jn.113.181974
10. Advameg. (2019). Йод. Химия обяснено. Възстановена от: chemistryexplained.com
11. Трейси Педерсен. (19 април 2017 г.). Факти за йод. Възстановена от: lifecience.com
12. Меган Уеър, RDN, LD. (30 май 2017 г.). Всичко, което трябва да знаете за йода. Възстановени от: medicalnewstoday.com
13. Национален институт по здравеопазване. (9 юли 2019 г.). Йод. Възстановени от: ods.od.nih.gov