История йода
Открытие йода датируется 1811 годом, элемент был открыт французом Бернаром Куртуа, который в своё время был специалистом по мыло- и селитроварению. Однажды, при опытах с золой морских водорослей, химик заметил, что медный котёл для выпаривания золы подвержен быстрому разрушению. При смешивании зольных паров с серной кислотой образовывались пары насыщенного фиолетового цвета, которые при осаживании превращались в блестящие кристаллы тёмного «бензинового» цвета.
Спустя два года Жозеф Гей-Люссак и Хэмфри Дэви занялись изучением полученного вещества и назвали его йодом (от греческого iodes, ioeides -фиолетовый, фиалковый).
Йод - галоген, относится к химически активным неметаллам, элемент 17-й группы V периода периодической таблицы химических элементов Д.И. Менделеева, имеет атомный номер 53, принятое обозначение I (Iodum).
Нахождение в природе
Йод является достаточно редким элементом, но, как ни странно, в природе присутствует практически везде, в любом живом организме, в морской воде, почве, продуктах растительного и животного происхождения. Традиционно самое большое количество натурального йода поставляют морские водоросли.
Физические и химические свойства
Йод представляет собой твёрдое вещество, в виде кристаллов тёмно-фиолетового или чёрно-серого цвета, имеет металлический блеск и специфический запах. Пары йода - фиолетовые, образуются при нагревании микроэлемента, а при его охлаждении превращаются в кристаллы, не становясь жидкими. Для получения жидкого йода его нужно нагреть под давлением.
Суточная потребность в йоде
Для нормального функционирования щитовидной железы взрослому человеку необходимо 150-200 мкг йода, подросткам, беременным женщинам и кормящим мамочкам необходимо увеличить количество йода, поступающего в организм ежедневно до 400 мкг в сутки.
Основные источники йода:
- : , рыба, рыбий жир, ;
- : , ;
- , : , и ;
- : , ;
- : , .
Нужно помнить, что при кулинарной обработке теряется до половины количества йода, так же, как и при длительном хранении.
Полезные свойства йода и его влияние на организм
Йод - активный участник окислительных процессов, которые напрямую влияют на стимулирование мозговой деятельности. Большая часть йода в организме человека сосредоточена в щитовидной железе и плазме. Йод способствует нейтрализации нестойких микробов, тем самым уменьшая раздражительность и стрессы (calorizator). Также йод имеет свойство повышать эластичность стенок сосудов.
Йод облегчит соблюдение диеты, сжигая избыточный жир, способствует правильному росту, придает больше энергии, улучшает умственную активность, делает волосы, ногти, кожу и зубы здоровыми.
Признаки нехватки йода
Нехватка йода как правило наблюдается в регионах, где недостаточно натурального микроэлементами. Признаками йододефицита называют повышенную утомляемость и общую слабость, частые головные боли, увеличение массы тела, заметные ослабления памяти, а также зрения и слуха, конъюнктивиты, сухость слизистых оболочек и кожных покровов. Недостаток йода приводит к нарушению менструального цикла у женщин и снижению полового влечения и активности мужского пола.
Признаки избытка йода
Избыток йода вреден не меньше, чем его недостаток. Йод - токсичный микроэлемент, при работе с ним нужно быть крайне осторожным, чтобы избежать отравления, которое характеризуется сильными болями в желудками, рвотой и поносом. При переизбытке йода в воде отмечаются следующие симптомы: аллергическая сыпь и ринит, повышение потливости с резким запахом, бессонница, повышенное слюноотделение и отёки слизистых, дрожь, учащённое сердцебиение. Самое распространённое заболевание, связанное с увеличенным количеством йода в организме - базедова болезнь.
Применение йода в жизни
Главным образом йод применяется в медицине, в виде спиртового раствора - для дезинфекции кожи, скорейшего заживления ран и повреждений, а также в качестве противовоспалительного средства (йодовая клетка рисуется на месте ушибов или во время кашля для согревания). Разведённым раствором йода полощут горло при простудах.
Йод нашёл применение в криминалистике (с его помощью выявляют отпечатки пальцев), как компонент для источников света, в производстве аккумуляторов.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Йод - пятьдесят третий элемент Периодической таблицы. Обозначение - I от латинского «iodum». Расположен в пятом периоде, VIIA группе. Относится к неметаллам. Заряд ядра равен 53.
Йод относится к редким (рассеянным) элементам, однако в природе его все-таки можно встретить в свободном состоянии в виде минерала (термальные источники вулкана Везувия). Значительное количество йода содержится в морской воде в виде солей йодидов или в земной коре в составе нефтяных буровых вод.
В виде простого вещества йод представляет собой кристаллы черно-серого (темно-фиолетового) цвета (рис. 1) с металлическим блеском и резким запахом. Пары йода, также, как и его растворы в органических растворителях, окрашены в фиолетовый цвет.
Рис. 1. Йод. Внешний вид.
Атомная и молекулярная масса йода
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Относительной атомной массой элемента называют отношение массы атома данного элемента к 1/12 массы атома углерода.
Относительная атомная масса безразмерна и обозначается A r (индекс «r» — начальная буква английского слова relative, что в переводе означает «относительный»). Относительная атомная масса атомарного йода равна 126,9044 а.е.м.
Массы молекул, также как массы атомов выражаются в атомных единицах массы.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Относительной молекулярной массой вещества называют отношение массы молекулы данного вещества к 1/12 массы атома углерода, масса которого равна 12 а.е.м.
Молекулярной массой вещества называется масса молекулы, выраженная в атомных единицах массы. Известно, что молекула йода двухатомна - I 2 . Относительная молекулярная масса молекулы йода будет равна:
M r (I 2) = 126,9044 × 2 ≈ 254.
Изотопы йода
Известно, что в природе йод может находиться в виде единственного стабильного изотопа 127 I. Массовое число равно 127, ядро атома изотопа содержит пятьдесят три протона и семьдесят четыре нейтрона.
Существуют искусственные нестабильные изотопы йода с массовыми числами от 108-ми до 144-х, а также семнадцать изомерных состояния ядер, среди которых наиболее долгоживущим является изотоп 129 I с периодом полураспада равным 1,57×10 7 лет.
Ионы йода
На внешнем энергетическом уровне атома йода имеется семь электронов, которые являются валентными:
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 5s 2 5р 5 .
В результате химического взаимодействия йод отдает свои валентные электроны, т.е. является их донором, и превращается в положительно заряженный ион либо принимает электроны от другого атома, т.е. является их акцептором и превращается в отрицательно заряженный ион:
I 0 -1e → I + ;
I 0 -3e → I 3+ ;
I 0 -5e → I 5+ ;
I 0 -7e → I 7+ ;
I 0 +1e → I — .
Молекула и атом йода
В свободном состоянии йод существует в виде двухатомных молекул I 2 . Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу йода:
Примеры решения задач
ПРИМЕР 1
ПРИМЕР 2
| Задание | При взаимодействии хлора с иодидом калия был получен йод массой 50,8 г. Определите объем хлора, измеренный при нормальных условиях, который потребовался для этого. |
| Решение | Запишем уравнение реакции взаимодействия хлора с иодидом калия: |
| Радиус атома | n/a пм |
|
Энергия ионизации (первый электрон) |
1 008,3 (10,45) кДж /моль (эВ) |
| Электронная конфигурация | 4d 10 5s 2 5p 5 |
| Химические свойства | |
|---|---|
| Ковалентный радиус | 133 пм |
| Радиус иона | (+7e) 50 (-1e) 220 пм |
|
Электроотрицательность (по Полингу) |
2,66 |
| Электродный потенциал | 0 |
| Степени окисления | 7, 5, 3, 1, -1 |
| Термодинамические свойства простого вещества | |
| Плотность | 4,93 /см ³ |
| Молярная теплоёмкость | 54,44 Дж /( ·моль) |
| Теплопроводность | (0,45) Вт /( ·) |
| Температура плавления | 386,7 |
| Теплота плавления | 15,52 (I-I) кДж /моль |
| Температура кипения | 457,5 |
| Теплота испарения | 41,95 (I-I) кДж /моль |
| Молярный объём | 25,7 см ³/моль |
| Кристаллическая решётка простого вещества | |
| Структура решётки | орторомбическая |
| Параметры решётки | 7,720 |
| Отношение c/a | n/a |
| Температура Дебая | n/a |
| 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.
Горизонт улучшается. В воздухе соль и йод .
Откуда взяться в воздухе йоду?
Йод – элемент довольно редкий: в земной коре его очень мало – всего 0,00005%, это вчетверо меньше, чем мышьяка , в пять раз меньше, чем брома . Йод относится к галогенам (по-гречески hals – соль, genos – происхождение). Действительно, в природе все галогены встречаются исключительно в виде солей. Но если минералы фтора и хлора весьма распространены, то собственные минералы иода (лаутарит Ca(IO 3) 2 , иодаргирит AgI) – чрезвычайная редкость. Обычно йод встречается среди других солей в виде примеси. Примером может служить природный нитрат натрия – чилийская селитра, в которой есть примесь иодата натрия NaIO 3 . Залежи чилийской селитры начали разрабатывать еще в начале 19 века. После растворения породы в горячей воде раствор фильтровали и охлаждали. При этом в осадок выпадал чистый нитрат натрия, который шел на продажу в виде удобрения. Из оставшегося после кристаллизации раствора добывали йод. В 19 веке Чили стало главным поставщиком этого редкого элемента.
Иодат натрия неплохо растворим в воде: 9,5 г на 100 г воды при 25 о С. Значительно лучше растворяется иодид натрия NaI: 184 г на 100 г воды! Йод в породах находится чаще всего именно в виде легкорастворимых неорганических солей и потому может выщелачиваться из них подземными водами. И далее попадает в реки, моря и океаны, где накапливается некоторыми организмами, в том числе водорослями. Например, в 1 кг высушенной морской капусты (ламинарии) содержится 5 г йода, тогда как в 1 кг морской воды – всего лишь 0,025 мг, то есть в 200 тысяч раз меньше! Недаром в некоторых странах из ламинарии до сих пор добывают йод, а у морского воздуха (его-то и имел в виду Бродский) – особый запах; в морской соли тоже всегда есть немного йода. Ветры, переносящие воздушные массы с океана на материк, переносят и йод. В приморских областях количество йода в 1 куб. м воздуха может достигать 50 мкг, тогда как в континентальных и горных – всего 1 или даже 0,2 мкг.
Сейчас йод добывают в основном из вод нефтяных и газовых месторождений, и потребность в нем довольно велика. Во всем мире ежегодно добывают более 15 000 тонн йода.
Открытие и свойства йода.
Впервые йод получил из золы морских водорослей французский химик Бернар Куртуа в 1811. Вот как он описал свойства открытого им элемента: «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... Удивительная окраска паров нового вещества позволяет отличить его от всех доныне известных веществ...». По окраске паров йод и получил свое название: по-гречески «иодес» – фиолетовый.
Куртуа наблюдал еще одно необычное явление: твердый йод при нагревании не плавился, а сразу превращался в пар; такой процесс называется возгонкой. Д.И.Менделеев в своем учебнике химии так описывает этот процесс: «Чтобы очистить йод, его возгоняют... йод прямо из паров переходит в кристаллическое состояние и садится в охлаждаемых частях аппарата в виде пластинчатых кристаллов, имеющих черновато-серый цвет и металлический блеск». Но если кристаллы йода нагревать в пробирке быстро (или не давать парам йода выходить наружу), то при температуре 113 о С йод расплавится, превратившись в черно-фиолетовая жидкость. Объясняется это тем, что при температуре плавления давление паров йода высоко – около 100 мм ртутного столба (1,3Ч 10 4 Па). И если над нагретым твердым йодом не будет достаточно его паров, то он испарится быстрее, чем расплавится.
В чистом виде йод – черно-серые тяжелые (плотность 4,94 г/см 3) кристаллы с фиолетовым металлическим блеском. Почему же йодная настойка не фиолетовая? Оказывается, в разных растворителях йод имеет разный цвет: в воде он желтый, в бензине, тетрахлориде углерода CCl 4 , многих других так называемых «инертных» растворителях имеет фиолетовый цвет – точно такой же, как у паров йода. Раствор йода в бензоле, спирте и ряде других растворителей имеет буро-коричневый цвет (как у иодной настойки); в водном растворе поливинилового спирта (–СН 2 –СН(ОН)–) n йод имеет ярко-синий цвет (это раствор применяется в медицине в качестве дезинфицирующего средства под названием «иодинол», им полощут горло, промывают раны). И вот что любопытно: реакционная способность йода в «разноцветных» раствора неодинакова! Так, в коричневых растворах йод намного активнее, чем в фиолетовых. Если порошок меди или листочек тонкой медной фольги внести в 1%-ный коричневый раствор, он обесцветится за 1–2 минуты в результате реакции 2Cu + I 2 ® 2CuI. Фиолетовый раствор останется в этих условиях без изменений в течение нескольких десятков минут. Каломель (Hg 2 Cl 2) обесцвечивает коричневый раствор за несколько секунд, а фиолетовый – только за две минуты. Эти опыты объясняются тем, что молекулы йода могут взаимодействовать с молекулами растворителя, образуя комплексы, в которых йод более активен.
Синяя окраска появляется и при взаимодействии йода с крахмалом. В этом можно убедиться, капнув иодной настойкой на ломтик картофеля или на кусочек белого хлеба. Реакция эта настолько чувствительна, что с помощью йода легко обнаружить крахмал на свежем срезе картофелины или в муке. Еще в 19 в. эту реакцию использовали, чтобы уличить недобросовестных торговцев, добавляющих в сметану «для густоты» пшеничной муки. Если на образец такой сметаны капнуть иодной настойкой, синее окрашивание сразу выявит обман.
Чтобы вывести пятно от иодной настойки, надо использовать раствор тиосульфата натрия, который применяется в фотографии и продается в магазинах фототоваров (его называют также «фиксажем» и «гипосульфитом»). Тиосульфат мгновенно реагирует с йодом, полностью его обесцвечивая: I 2 + 2Na 2 S 2 O 3 ® 2NaI + Na 2 S 4 O 6 . Достаточно протереть запачканную йодом кожу или ткань водным раствором тиосульфата, как желто-коричневое пятно тут же исчезнет.
Йод в аптечке.
В сознании обычного человека (не химика) слово «йод» ассоциируется с пузырьком, который стоит в аптечке. На самом деле в пузырьке находится не йод, а иодная настойка – 5%-ный раствор йода в смеси спирта и воды (в настойку добавляют также иодид калия; он нужен для того, чтобы йод лучше растворялся). Раньше в медицине широко применялся также иодоформ (трииодметан CHI 3) – дезинфицирующее средство с неприятным запахом. Препараты, содержащие йод, обладают антибактериальными и противогрибковыми свойствами, они оказывают также противовоспалительное действие; их применяют наружно для обеззараживания ран, при подготовке операций.
Иод ядовит. Даже такая привычная иодная настойка при вдыхании ее паров поражает верхние дыхательные пути, а при попадании внутрь вызывает тяжелые ожоги пищеварительного тракта. Длительное введение йода в организм, а также повышенная чувствительность к нему может вызвать насморк, крапивницу, слюно- и слезотечение, угревидную сыпь.
Йод в организме.
Вот строки другого поэта – Беллы Ахмадулиной:
...То ль сильный дух велел искать исхода,
То ль слабость щитовидной железы
выпрашивала горьких лакомств иода?
Зачем же нужно щитовидной железе это «лакомство»?
Как правило, в биохимических процессах участвуют только «легкие» элементы, находящиеся в первой трети периодической таблице. Чуть ли не единственным исключением из этого правила является йод. В человеке содержится около от 20 до 50 мг йода, значительная часть которого сконцентрирована в щитовидной железе (остальной йод находится в плазме крови и мышцах).
Щитовидная железа была уже известна врачам глубокой древности, которые заслуженно приписывали ей важную роль в организме. По форме она похожа на галстук-бабочку, т.е. состоит из двух долей, соединенных перешейком. Щитовидная железа выделяет в кровь гормоны, оказывающие очень разностороннее влияние на организм. Два из них содержат йод – это тироксин (Т4) и трииодтиронин (Т3). Щитовидная железа регулирует развитие и рост как отдельных органов, так и всего организма в целом, настраивает скорости обменных процессов.
В пищевых продуктах и в питьевой воде йод содержится в виде солей иодоводородной кислоты – иодидов, из которых он легко всасывается в передних отделах тонкого кишечника. Из кишечника йод переходит в плазму крови, откуда жадно поглощается щитовидной железой. Там он и превращается в ней в важнейшие для организма тиреоидные гормоны (от греческого thyreoeides – щитовидный). Процесс этот сложный. Сначала ионы I – ферментативно окисляются до I + . Эти катионы реагируют с белком тиреоглобулином, в котором много остатков аминокислоты тирозина. Под действием фермента иодиназы происходит иодирование бензольных колец тирозина с последующим образованием тиреоидных гормонов. В настоящее время их получают синтетически, причем по строению и действию они ничем не отличаются от природного.
Если синтез тиреоидных гормонов замедляется, человек заболевает зобом . Болезнь вызывается недостатком йода в почве, воде и, следовательно, в растениях, животных и производимых в этой местности пищевых продуктах. Такой зоб называется эндемическим, т.е. свойственным данной местности (от греч. endemos – местный). Районы с недостатком йода встречаются довольно часто. Как правило, это местности, удаленные от океана или отгороженные от морских ветров горами. Таким образом, значительная часть почвы земного шара бедна йодом, соответственно, бедны йодом пищевые продукты. В России дефицит йода встречается в горных районах; крайне выраженная иодная недостаточность выявлена в Республике Тува, а также в Забайкалье. Мало его на Урале, Верхней Волге, Дальнем Востоке, Марийской и Чувашской республиках. Не все благополучно в йодом в ряде центральных районов – Тульской, Брянской, Калужской, Орловской, других областях. В питьевой воде, растениях и животных в этих районах содержание йода понижено. Щитовидная железа, как бы компенсируя недостаточное поступление йода, разрастается – иногда до таких размеров, что деформируется шея, сдавливаются кровеносные сосуды, нервы и даже бронхи и пищевод. Эндемический зоб легко предотвратить, если восполнять дефицит йода в организме.
При нехватке йода во время беременности у матери, а также в первый период жизни ребенка у него замедляется рост, снижается умственная деятельность, могут развиться кретинизм, глухонемота и другие тяжелейшие отклонения в развитии. Своевременная диагностика помогает избежать этих несчастий путем простого введения тироксина.
Нехватка йода у взрослых приводит к снижению частоты сердечных сокращений и температуры тела – больные зябнут даже в жаркую погоду. У них снижается иммунитет , выпадают волосы, замедляются движение и даже речь, отекают лицо и конечности, отмечается слабость, быстрая утомляемость, сонливость, ухудшение памяти, безучастность к окружающему миру. Заболевание также лечат препаратами Т3 и Т4. При этом все перечисленные симптомы исчезают.
Где взять йод.
Для профилактики эндемического зоба йод вводится в продукты питания. Самый распространенный метод – иодирование поваренной соли. Обычно в нее вводят иодид калия – примерно 25 мг на 1 кг. Однако KI во влажном теплом воздухе легко окисляется до иода, который улетучивается. Именно этим объясняется малый срок хранения такой соли – всего 6 месяцев. Поэтому в последнее время иодид калия заменяют иодатом KIO 3 . Помимо поваренной соли, йод добавляют в ряд витаминных смесей.
Иодированные продукты не нужны тем, кто потребляет достаточно иода с пищей и водой. Потребность в йоде для взрослого человека мало зависит от пола и возраста и составляет примерно 150 мкг в сутки (однако она возрастает при беременности, усиленном росте, охлаждении). В большинстве пищевых продуктах йода очень мало. Например, в хлебе и макаронных изделиях его обычно меньше 5 мкг; в овощах и фруктах – от 1–2 мкг в яблоках, грушах и черной смородине до 5 мкг в картофеле и до 7–8 мкг в редисе и винограде; в курах и говядине – до 7 мкг. И это в расчете на 100 г сухого продукта, т.е. золы! Причем при длительном хранении или тепловой обработке теряется от 20 до 60% йода. А вот рыба, особенно морская, богата йодом: в сельди и горбуше его 40–50 мкг, в треске, минтае и хеке – до 140–160 (также в расчете на 100 г сухого продукта). Намного больше йода в печени трески – до 800 мкг, но особенно много его в бурых морских водорослях – «морской капусте» (она же ламинария) – в ней может быть до 500 000 мкг йода! В нашей стране ламинария растет в Белом, Баренцевом, Японском и Охотском морях.
Еще в Древнем Китае морскими водорослями успешно лечили заболевания щитовидной железы. В прибрежных районах Китая существовала традиция – после родов женщинам давали морскую капусту. При этом материнское молоко было полноценным, а ребенок рос здоровым. В 13 в. там даже был издан указ, обязывающий всех граждан есть морские водоросли для укрепления здоровья. Восточные врачеватели утверждают, что после 40 лет продукты из морской капусты обязательно должны присутствовать в рационе даже здоровых людей. Употреблением в пищу ламинарии некоторые объясняют долголетие японцев, а также тот факт, что после ядерных бомбардировок Хиросимы и Нагасаки количество погибших в результате загрязнения окружающей среды радиоактивными веществами было сравнительно небольшим.
Йод и радиация.
В природе йод представлен единственным стабильным изотопом 127 I.
Искусственные радиоактивные изотопы йода – 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 её заболеваний. Применение радиоактивного йода в диагностике связано со способностью йода избирательно накапливаться в щитовидной железе; использование в лечебных целях основано на способности излучения радиоизотопов йода разрушать больные клетки железы.
При загрязнении окружающей среды продуктами ядерного деления радиоактивные изотопы йода быстро включаются в биологический круговорот, попадая, в конечном счете, в молоко и, следовательно, в организм человека. Так, многие жители районов, подвергнутых влиянию ядерного взрыва в Чернобыле, получили изрядную дозу радиоактивного йода-131 (период полураспада 8 суток) и повредили щитовидную железу. Больше всего больных было в областях, где естественного йода мало и жители не были защищены «обычным йодом». Особенно опасен «радиоиод» для детей, щитовидная железа которых в 10 раз меньше, чем у взрослых и обладает большей радиочувствительностью, что может привести к раку щитовидной железы.
Для защиты щитовидной железы от радиоактивного йода рекомендуется применять препараты обычного йода (по 100–200 мг на прием), который «блокирует» щитовидную железу от попадания в нее радиоиода. Не поглощенный щитовидной железой радиоактивный йод почти полностью и сравнительно быстро выделяется с мочой. К счастью, радиоактивный йод живет недолго, и через 2–3 месяца практически полностью распадается.
Йод в технике.
Значительные количества добываемого йода используются для получения металлов высокой степени чистоты. Этот метод очистки основан на так называемом галогенном цикле, открытом в 1915 американским физикохимиком Ирвингом Ленгмюром (1881–1957). Сущность галогенного цикла можно пояснить на примере современного способа получения металлического титана высокой чистоты. При нагревании порошка титана в вакууме в присутствии йода до температуры выше 400 о C образуется газообразный иодид титана (IV). Его пропускают над титановой проволокой, нагреваемой током до 1100–1400 о C. При такой высокой температуре TiI 4 существовать не может и распадается на металлический титан и йод; чистый титан конденсируется на проволоке в виде красивых кристаллов, а выделившийся йод снова может реагировать с титановым порошком, превращая его в летучий иодид. Иодидный метод можно использовать для очистки различных металлов – меди, никеля, железа, хрома, циркония, гафния, ванадия, ниобия, тантала и др.
Этот же цикл осуществляется и в галогенных лампах. В обычных лампах коэффициент полезного действия крайне низок: в горящей лампочке почти вся электроэнергия превращается не в свет, а в теплоту. Чтобы увеличить светоотдачу лампы, необходимо как можно сильнее повысить температуру ее спирали. Но при этом существенно уменьшается срок жизни лампы: спираль в ней быстро перегорает. Если же ввести в колбу лампы очень небольшое количество йода (или брома), то в результате галогенного цикла вольфрам, испарившийся со спирали и осевший на внутренней поверхности стеклянной колбы, снова переносится на спираль. В такой лампе можно значительно – на сотни градусов – повысить температуру спирали, доведя ее до 3000 о C, что увеличивает светоотдачу вдвое. Мощная галогенная лампа выглядит лилипутом по сравнению с обычной лампой такой же мощности. Например, галогенная лампа мощностью 300 ватт имеет диаметр меньше 1,5 см.
Повышение температуры спирали неизбежно приводит и к более сильному разогреву колб в галогенных лампах. Простое стекло такие температуры не выдерживает, поэтому приходится помещать спираль в трубку из кварцевого стекла. Первые патенты на галогенные лампы были выданы лишь в 1949, а их промышленный выпуск был налажен еще позже. Техническая разработка кварцевых ламп с самовосстанавливающейся вольфрамовой нитью была осуществлена в 1959 фирмой «Дженерал электрик». В таких лампах баллон может раскаляться до 1200 о С! Галогенные лампы имеют отличные световые характеристики, поэтому эти лампы, несмотря на их высокую стоимость, широко используются везде, где нужен мощный и компактный источник света, – в кинопроекторах, автомобильных фарах и т.д.
Соединения йода применяются и для того, чтобы вызвать дождь. Дождь, как и снег, начинается с образования в облаках мельчайших кристалликов льда из паров воды. Далее эти кристаллики-зародыши быстро растут, становятся тяжелыми и выпадают в виде осадков, превращаясь, в зависимости от погодных условий, в снег, дождь или град. Если воздух абсолютно чистый, зародыши льда могут образоваться только при очень низкой температуре (ниже –30 o С). В присутствии же некоторых веществ зародыши льда образуются при значительно более высокой температуре. Так можно вызвать искусственный снегопад (или дождь).
Одна из лучших затравок – иодид серебра; в его присутствии кристаллы льда начинают расти уже при –9 o С. Существенно, что «работать» могут уже мельчайшие частицы иодида серебра размером всего 10 нм (1 нм = 10 –9 м). Для сравнения: радиусы ионов серебра и йода составляют соответственно 0,15 и 0,22 нм. Теоретически из кубического кристалла AgI размером всего 1 см можно получить 10 21 таких мельчайших частиц, и не покажется удивительным, что для выпадения искусственного дождя требуется очень мало иодида серебра. Как подсчитали американские метеорологи, всего 50 кг AgI достаточно для «затравки» всей атмосферы над поверхностью США (а это 9 млн. квадратных километров)! При этом в 1 куб. м образуется свыше 3,5 млн. центров кристаллизации льда. А чтобы поддерживать образование ледяных зародышей, достаточно расходовать всего 0,5 кг AgI в час. Поэтому, несмотря на сравнительно высокую стоимость солей серебра, применение AgI с целью вызвать искусственный дождь оказывается практически выгодным.
Иногда требуется выполнить прямо противоположное задание: «разогнать» тучи, не дать пролиться дождю при проведении какого-либо важного мероприятия (например, Олимпийских игр). В этом случае иодид серебра нужно распылять в облаках заблаговременно, за десятки километров от места проведения торжества. Тогда дождь прольется на леса и поля, а в городе будет солнечная сухая погода.
Илья Леенсон
С детства хорошо знакомый всем детям и их родителям помощник при царапинах, ссадинах и порезах. Он является быстрым и эффективным средством, прижигающим и дезинфицирующим раневую поверхность. Однако сфера применения вещества не ограничивается только медициной, т. к. химические свойства йода очень разнообразны. Цель нашей статьи - ознакомиться с ними подробнее.
Физическая характеристика
Простое вещество имеет вид темно-фиолетовых кристаллов. При нагревании, вследствие особенностей внутреннего строения кристаллической решетки, а именно наличия в ее узлах молекул, соединение не расплавляется, а сразу образует пары. Это возгонка или сублимация. Она объясняется слабой связью между молекулами внутри кристалла, которые легко отрываются друг от друга - образуется газообразная фаза вещества. Номер йода в таблице Менделеева - 53. А его положение среди других химических элементов указывает на принадлежность к неметаллам. Остановимся на этом вопросе далее.
Место элемента в периодической системе
Йод находится в пятом периоде, VII группе и, наряду со фтором, хлором, бромом и астатом образует подгруппу галогенов. В связи с увеличением заряда ядра и атомного радиуса у представителей галогенов происходит ослабление неметаллических свойств, поэтому йод менее активен, чем хлор или бром, и его электроотрицательность также ниже. Атомная масса йода 126,9045. Простое вещество представлено двухатомными молекулами, как и у других галогенов. Ниже мы ознакомимся со строением атома элемента.
Особенности электронной формулы
Пять энергетических уровней и почти полностью заполненный электронами последний из них подтверждают наличие у элемента ярко выраженных признаков неметаллов. Как и другие галогены, йод является сильным окислителем, забирая у металлов и более слабых неметаллических элементов - серы, углерода, азота - недостающий до завершения пятого уровня электрон.
Йод - неметалл, в молекулах которого присутствует общая пара p-электронов, связывающая атомы между собой. Их плотность в месте перекрывания наибольшая, общее электронное облако не смещается ни к одному из атомов и располагается в центре молекулы. Формируется неполярная ковалентная связь, а сама молекула имеет линейную форму. В ряду галогенов, от фтора до астата, прочность ковалентной связи уменьшается. Наблюдается уменьшение величины энтальпии, от которой зависит распад молекул элемента на атомы. Какие же последствия для химических свойств йода это имеет?
Почему активность йода меньше, чем у других галогенов
Реакционная способность неметаллов определяется силой притягивания к ядру собственного атома чужих электронов. Чем меньше радиус атома, тем силы электростатического притяжения его отрицательно заряженных частиц других атомов выше. Чем выше номер периода, в котором расположен элемент, тем больше энергетических уровней он будет иметь. Йод находится в пятом периоде, и количество энергетических слоев у него больше, чем у брома, хлора и фтора. Именно поэтому молекула йода содержит атомы, имеющие радиус намного больше, чем у ранее перечисленных галогенов. Вот почему частицы I 2 слабее притягивают электроны, что приводит к ослаблению их неметаллических свойств. Внутреннее строение вещества неизбежно влияет и на его физические характеристики. Приведем конкретные примеры.
Сублимация и растворимость
Уменьшение взаимного притягивания атомов йода в его молекуле приводит, как мы говорили ранее, к ослаблению прочности ковалентной неполярной связи. Происходит снижение устойчивости соединения к высокой температуре и повышение показателя термической диссоциации его молекул. Отличительная черта галогена: переход вещества при нагревании из твердого состояния сразу в газообразное, т. е. сублимация - это главная физическая характеристика йода. Его растворимость в органических растворителях, например сероуглероде, бензоле, этаноле, выше, чем в воде. Так, в 100 г воды при 20 °С может раствориться всего 0,02 г вещества. Эту особенность в лаборатории применяют для извлечения йода из водного раствора. Взболтав его с небольшим количеством H 2 S, можно наблюдать фиолетовое окрашивание сероводорода вследствие перехода в него молекул галогена.
Химические свойства йода
Взаимодействуя с металлами, элемент ведет себя всегда одинаково. Он притягивает валентные электроны атома металла, которые располагаются либо на последнем энергетическом слое (s-элементы, такие как натрий, кальций, литий и т. д.), либо на предпоследнем слое, содержащем, например, d-электроны. К ним относятся железо, марганец, медь и другие. В этих реакциях металл будет восстановителем, а йод, химическая формула которого I 2 , - окислителем. Поэтому именно эта высокая активность простого вещества является причиной его взаимодействия со многими металлами.
Заслуживает внимания взаимодействие йода с водой при нагревании. В щелочной среде реакция проходит с образованием смеси йодидной и иодноватой кислот. Последнее вещество проявляет свойства сильной кислоты и при дегидратации превращается в пятиокись йода. Если же раствор подкислить, то вышеназванные продукты реакции взаимодействуют между собой с образованием исходных веществ - свободных молекул I 2 и воды. Данная реакция относится к окислительно-восстановительному типу, в ней проявляются химические свойства йода как сильного окислителя.
Качественная реакция на крахмал
Как в неорганической, так и в органической химии существует группа реакций, с помощью которых можно выявить в продуктах взаимодействия определенные виды простых или сложных ионов. Для обнаружения макромолекул сложного углевода - крахмала - часто применяют 5%-й спиртовой раствор I 2 . Например, на срез сырой картофелины капают несколько его капель, и окраска раствора становится синей. Такой же эффект мы наблюдаем при попадании вещества на любой крахмалосодержащий продукт. Эта реакция, в результате которой получается синий йод, широко применяется в органической химии для подтверждения присутствия полимера в исследуемой смеси.
О полезных свойствах продукта взаимодействия йода и крахмала известно давно. Его применяли в условиях отсутствия противомикробных медикаментозных препаратов для лечения диареи, язвы желудка в состоянии ремиссии, заболеваний дыхательной системы. Широкое распространение крахмальный клейстер, содержащий примерно 1 чайную ложку спиртового раствора йода на 200 мл воды, получил из-за дешевизны ингредиентов и простоты приготовления.
Однако нужно помнить, что синий йод противопоказан в терапии маленьких детей, людей, страдающих повышенной чувствительностью к йодосодержащим препаратам, а также больным базедовой болезнью.
Как неметаллы реагируют между собой
Среди элементов главной подгруппы VII группы с йодом вступает в реакцию фтор - самый активный неметалл, обладающий наивысшей степенью окисления. Процесс проходит на холоде и сопровождается взрывом. С водородом I 2 взаимодействует при сильном нагревании, причем не до конца, продукт реакции - HI - начинает разлагаться на исходные вещества. Йодоводородная кислота достаточно сильная и хоть по своим характеристикам похожа на хлоридную кислоту, все же проявляет более выраженные признаки восстановителя. Как видно, химические свойства йода обусловлены его принадлежностью к активным неметаллам, однако элемент уступает по окислительной способности брому, хлору и, конечно же, фтору.
Роль элемента в живых организмах
Наибольшее содержание ионов I - находится в тканях щитовидной железы, где они входят в состав тиреотропных гормонов: тироксина и трийодтиронина. Они регулируют рост и развитие костной ткани, проведение нервных импульсов, скорость обмена веществ. Особенно опасен недостаток йодсодержащих гормонов в детском возрасте, так как возможна задержка психического развития и появление симптомов такого заболевания, как кретинизм.
Недостаточная секреция тироксина у взрослых связана с в воде и продуктах питания. Она сопровождается выпадением волос, образованием отеков, снижением физической активности. Избыток элемента в организме также крайне опасен, так как развивается базедова болезнь, симптомы которой - возбудимость нервной системы, тремор конечностей, резкое исхудание.
Распространение йодидов в природе и способы получения чистого вещества
Основная масса элемента присутствует в живых организмах и оболочках Земли - гидросфере и литосфере - в связанном состоянии. Соли элемента есть в морской воде, но их концентрация незначительна, поэтому извлекать чистый йод из нее нерентабельно. Гораздо эффективнее получение вещества из золы бурых саргассума.
В промышленных масштабах I 2 выделяют из подземных вод в процессах добычи нефти. При переработке некоторых руд, например в ней встречаются иодаты и гипоиодаты калия, из которых в дальнейшем добывают чистый йод. Достаточно рентабельно получать I 2 из раствора йодоводорода, окисляя его хлором. Полученное соединение является важным сырьем для фармацевтической промышленности.
Кроме уже названного 5% спиртового раствора йода, содержащего не только простое вещество, но и соль - иодид калия, а также спирт и воду, в эндокринологии по медицинским показаниям применяют такие препараты, как "Йод-актив" и "Йодомарин".
В районах с низким содержанием природных соединений, кроме йодированной пищевой соли, можно использовать такое лечебное средство, как "Антиструмин". Он содержит действующее вещество - йодид калия - и рекомендуется в качестве профилактического препарата, применяемого для предотвращения симптомов эндемического зоба.