Йод

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Jump to navigation Jump to search
Йод (53I)
Назва, символ, номер Йод, I, 53
Зовнішній вигляд простої речовини блискучі темно-коричневі кристали
Iodine-sample.jpg
53 ТелурЙодКсенон
I

At
1 Водень (H) 2 Гелій (He) 3 Літій (Li) 4 Берилій (Be) 5 Бор (B) 6 Вуглець (C) 7 Азот (N) 8 Кисень (O) 9 Фтор (F) 10 Неон (Ne) 11 Натрій (Na) 12 Магній (Mg) 13 Алюміній (Al) 14 Кремній (Si) 15 Фосфор (P) 16 Сірка (S) 17 Хлор (Cl) 18 Аргон (Ar) 19 Калій (K) 20 Кальцій (Ca) 21 Скандій (Sc) 22 Титан (Ti) 23 Ванадій (V) 24 Хром (Cr) 25 Манган (Mn) 26 Залізо (Fe) 27 Кобальт (Co) 28 Нікель (Ni) 29 Мідь (Cu) 30 Цинк (Zn) 31 Галій (Ga) 32 Германій (Ge) 33 Арсен (As) 34 Селен (Se) 35 Бром (Br) 36 Криптон (Kr) 37 Рубідій (Rb) 38 Стронцій (Sr) 39 Ітрій (Y) 40 Цирконій (Zr) 41 Ніобій (Nb) 42 Молібден (Mo) 43 Технецій (Tc) 44 Рутеній (Ru) 45 Родій (Rh) 46 Паладій (Pd) 47 Срібло (Ag) 48 Кадмій (Cd) 49 Індій (In) 50 Олово (Sn) 51 Стибій (Sb) 52 Телур (Te) 53 Йод (I) 54 Ксенон (Xe) 55 Цезій (Cs) 56 Барій (Ba) 57 Лантан (La) 58 Церій (Ce) 59 Празеодим (Pr) 60 Неодим (Nd) 61 Прометій (Pm) 62 Самарій (Sm) 63 Європій (Eu) 64 Гадоліній (Gd) 65 Тербій (Tb) 66 Диспрозій (Dy) 67 Гольмій (Ho) 68 Ербій (Er) 69 Тулій (Tm) 70 Ітербій (Yb) 71 Лютецій (Lu) 72 Гафній (Hf) 73 Тантал (Ta) 74 Вольфрам (W) 75 Реній (Re) 76 Осмій (Os) 77 Іридій (Ir) 78 Платина (Pt) 79 Золото (Au) 80 Ртуть (Hg) 81 Талій (Tl) 82 Свинець (Pb) 83 Бісмут (Bi) 84 Полоній (Po) 85 Астат (At) 86 Радон (Rn) 87 Францій (Fr) 88 Радій (Ra) 89 Актиній (Ac) 90 Торій (Th) 91 Протактиній (Pa) 92 Уран (U) 93 Нептуній (Np) 94 Плутоній (Pu) 95 Америцій (Am) 96 Кюрій (Cm) 97 Берклій (Bk) 98 Каліфорній (Cf) 99 Ейнштейній (Es) 100 Фермій (Fm) 101 Менделевій (Md) 102 Нобелій (No) 103 Лоуренсій (Lr) 104 Резерфордій (Rf) 105 Дубній (Db) 106 Сіборгій (Sg) 107 Борій (Bh) 108 Гасій (Hs) 109 Мейтнерій (Mt) 110 Дармштадтій (Ds) 111 Рентгеній (Rg) 112 Коперницій (Cn) 113 Ніхоній (Nh) 114 Флеровій (Fl) 115 Московій (Mc) 116 Ліверморій (Lv) 117 Теннессин (Ts) 118 Оганесон (Og)Періодична система елементів
53I
Схема електронних оболонок йоду :— 2, 5
Група, період, блок група 17період 5p блок                   
Класифікація галоген
Властивості атома
Атомний номер 53
Атомна маса
(молярна маса)
126,90447 а.о.м. (г/моль)
Радіус атома 136 пм
Електр. конфігурація

Електронні оболонки
Схема електронних оболонок йоду :— 2, 5

[Kr] 4d10 5s2 5p5

2, 5
Хімічні властивості
Ковалентний радіус 133 пм
Іонний радіус (+7e) 50 (-1e) 220 пм
Електронегативність (за Полінгом): 2.66
Ступені окиснення 7, 5, 3, 1, 0, -1
Енергія іонізації (1й e-): 1008,3 кДж/моль
Термодинамічні властивості
Густина 4,93 г/см³
Молярний об'єм 25,7 см³/моль

Commons-logo.svgЙод у Вікісховищі


Йод (від грец. ιώδης - iodes — схожий кольором на фіалку, фіолетовий) — хімічний елемент з атомним номером 53. Найважчий нерадіоактивний неметал. Найменш електронегативний зі стабільних галогенів. Галоген, що найлегше поляризується. Найважчий елемент, що трапляється в еукаріотичних організмах[1]. Відкрито 1811 року у Франції під час Наполеонівських війн[2].

Історія[ред.ред. код]

Йод було відкрито випадково у Франції на початку 19 століття. Під час Наполеонівських війн Франція потребувала пороху, однією зі складових якого є калійна селітра (KNO3). Для її виробництва потрібен був поташ (карбонат калію — K2CO3), який добували з попелу дерев, та водночас шукали інші джерела для його видобутку. Французький хімік Б. Куртуа займався екстракцією карбонату калію з попелу деревини. Після екстракції в металевому посуді зазвичай залишалася нерозчинна у воді речовина, що вимивалася гарячою кислотою. Коли Куртуа замінив попіл дерев попелом водоростей, він спостерігав корозію металічного посуду на етапі обробки кислотою. Одного разу коли Куртуа використав більш концентровану, ніж зазвичай, кислоту, він помітив фіолетову пару, що підіймалася з посудини. Пара конденсувалася на стінках посудини у вигляді блискучих фіолетових кристалів, що призводили до корозії.

2I- + H2SO4 → I2 + SO32- + H2O

Протягом кількох місяців 1811 року Куртуа досліджував нову речовину, але змушений був припинити свої дослідження через брак коштів. 1812 року Куртуа спонукав своїх друзів Дезорме та Клемо продовжити його дослідження. Зразки речовини також були надіслані Гей-Люссаку та Амперу. 1813 року до Парижу прибули сер Гемфрі Деві з дружиною та прислугою і Майкл Фарадей. Зважаючи на стан війни між Францією та Англією безпека подорожі англійців була гарантована особисто Наполеоном. Під час подорожі Деві отримав від Ампера зразок нової речовини. 6 грудня 1813 року Гей-Люссак висловив припущення, що нова речовина є або елементом, або оксидом. 10 грудня 1813 року Деві надіслав до Лондонського королівського товариства статтю, в який описував свої експерименти, а також висновок, що нова речовина схожа на хлор. Гей-Люссакові здалося, що Деві намагається «застовбити територію» в той час як французи працюють над детальним описом нової речовини, що призвело до конфлікту. Однак Деві та Гей-Люссак визнавали першість Куртуа. 1831 року Куртуа отримав за своє відкриття премію 6000 франків від Інституту Франції[3].

Елемент йод[ред.ред. код]

Хімічні властивості[ред.ред. код]

Належить до 17 групи Періодичної системи хімічних елементів. Формально належить до елементів p-блоку, але не утворює типових π-зв'язків з іншими елементами p-блоку. Натомість для полівалентного йоду властивий іншій тип зв'язку — трицентровий чотириелектронний зв'язок, лінійний зв'язок L-I-L що утворюється між атомом йоду I та двома лігандами L завдяки перекриттю 5p орбіталі йоду та відповідних орбіталів лігандів[4]
. У вільному вигляді утворює двоатомні молекули I2. Завдяки відносно високій електронегативності (2.66) йод з більшістю елементів утворює йодиди, формальні похідні йодоводневої кислоти HI, в яких має формальний ступінь окиснення -1. Завдяки здатності атома йоду легко поляризуватися, хімічні звязки йоду з більшістю електропозитивних елементів мають значний ковалентний характер. З киснем, фтором та хлором йод утворює неорганічні сполуки із ступенями окиснення +1, +3, +5, +7. Більшість сполук йоду зі ступенем окиснення +1 нестабільні. Існує ряд ряд кислот HIO, HIO2, HIO3, HIO4, які можна вважати прототипами класів сполук з відповідними ступенями окиснення.
Відомо багато органічних сполук, йодокарбонів (англ. Iodocarbons), що містять йод з формальним ступенем окиснення -1 у хімічному звязку Карбон-Йод.[5]
Завдяки поганій здатності — відносно інших галогенів — утворювати водневі зв'язки, йон I- є найкращим поміж інших галогенідів нуклеофілом в протонних розчинниках і найгіршим — в апротонних.[6] Існує також великий клас полівалентних йодоорганічних сполук що містять йод з формальними ступенями окиснення +3 та +5 у хімічному звязку Карбон-Йод. На 2014 рік йодоорганічні сполуки, що містять йод зі ступенем окиснення +7, невідомі[4]. Деякі полівалентні йодоорганічні сполуки, наприклад, 2-йодоксибензойна кислота, здатні до одноелектронного відновлення (SET) з утворенням короткоживучих аніон-радикалів, в яких йод має парний ступень окиснення[7].

Ізотопи[ред.ред. код]

Відомо 37 ізотопів йоду з масовими числами від 108 до 144. Єдиний стабільний ізотоп — 127І. Єдиний ЯМР-активний ізотоп (спін 5/2) — 127І.[8]

Радіонуклід (нестабільний ізотоп) йод-131 широко застосується в ядерній енергетиці, медичній діагностиці й лікуванні, а також під час видобутку природного газу.

Поширення в природі[ред.ред. код]

У чистому вигляді йод у природі не трапляється. У вигляді сполук трапляється в супутніх розсолах нафтових та газових родовищ у концентраціях, що економічно виправдовують його видобування, а також у морській воді. Власне йодних мінералів мало. Найвідоміші — лаутарит Са(ІО3)2 та йодаргірит AgI. Мінерали йоду легко розчинні, тому йод легко вилуговується з гірських порід, переноситься в моря, де частково накопичується у водоростях-ламінаріях.

Проста речовина йод[ред.ред. код]

Подібно до інших галогенів існує як двохатомна молекула I2. За нормальних умов утворює кристали чорно-сірого кольору з металічним блиском. За звичайного (атмосферного) тиску йод не має рідкої фази: під час нагрівання сублімується й утворює фіолетову пару з запахом, схожим на запах хлору. Погано розчинний у воді, але добре розчиняється у водних розчинах йодидів лужних металів, утворючи добре розчинні трийодиди I3-. Розчиняється у спиртах, хлороформі, чотирихлористому вуглецю. Розчини йоду в неполярних розчинниках фіолетові. Розчини в полярних розчинниках — брунатні, що свідчить про помітний перенос заряду під час координації до молекули йоду молекули розчинника, що діє як основа Льюїса.

Отримання[ред.ред. код]

Основна частина йоду у світі виробляється в Чилі та Японії. У Чилі йод видобувають із йодату кальцію Ca(IO3)2, який отримують за допомогою лужного розчину з каліче, що у свою чергу трапляється в селітряних шахтах Атакамської пустелі. Розчин Ca(IO3)2 реагує з діоксидом Сульфуру з утворенням HI, яку далі окислюють у розчині йодатною кислотою з виділенням йоду:

У Японії йод видобувають із розсолів, які супроводжують газові родовища. Розсіл обробляють газом хлору, після чого йод, що утворюється, видувається повітрям з реактору. Також застосовується виділення йоду за допомогою аніонно-обмінних смол.

Йод (газ)

Застосування йоду та його сполук[ред.ред. код]

В аналітичній хімії[ред.ред. код]

Йодометрія. Йодіметрія. Якісна реакція на алкени. Якісна реакція на крохмаль та глікоген.

У медицині[ред.ред. код]

Як антисептик використовують 5% спиртовий розчин йоду.
Відхаркувальне. Кольпоскопія. Рентгеноконтрастні препарати.

У техніці та промисловості[ред.ред. код]

Фотографія, виробництво барвників, освітлення, акумулятори, засів хмар. Гелій-неоновий лазер.

Біологічна роль[ред.ред. код]

Як мікроелемент йод потрібен людині для утворення гормонів тироксину та трийодтироніну, що синтезуються фолікулярними клітинами щитоподібної залози.

Йод в організмі людини бере участь у регуляції: енергетичного обміну, температури тіла; швидкості біохімічних реакцій; обміну білків, жирів, водно-електролітного обміну; метаболізму деяких вітамінів; процесів росту і розвитку організму, включаючи нервово-психічний розвиток. Крім того, йод підвищує споживання кисню тканинами.

Нестача йоду в організмі людини призводить до йододефіциту — комплексного розладу здоров'я, що є одним з найпоширеніших у світі неінфекційних захворювань.

Токсичність[ред.ред. код]

При вдиханні пари йоду розвивається ураження верхніх дихальних шляхів, виникають сильні напади кашлю, біль у грудях, головний біль. При потраплянні концентрованих розчинів йоду всередину розвиваються опіки стравоходу, шлунку, слизові набувають темно-бурого кольору.

Невідкладна допомога у разі отруєння:
  • при вдиханні пари йоду: винести хворого з ураженого приміщення: кисень, під шкіру атропін (1 мл 0,1 % розчину), ефедрин (1 мл 5 % розчину), димедрол (2 мл 1 % розчину), в/в хлорид кальцію (10 мл 10 % розчину), еуфілін (10 мл 2,4 % розчину).
  • при потраплянні йоду всередину — промивання шлунку через зонд 0,5 % розчином тіосульфату натрію. В/в крапельно тіосульфат натрію (300 мл 30 % розчину). Протишокова терапія.

Радіонуклід 131I становить найбільшу небезпеку у радіоактивних викидах після аварій на АЕС[9][недоступне посилання з 15.06.2018]. Ураження радіоактивним йодом може призводити до розвитку раку щитоподібної залози.

Див. також[ред.ред. код]

Примітки[ред.ред. код]

  1. Ultratrace minerals http://handle.nal.usda.gov/10113/46493
  2. Küpper, F. C., Feiters, M. C., Olofsson, B., Kaiho, T., Yanagida, S., Zimmermann, M. B., Carpenter, L. J., Luther, G. W., Lu, Z., Jonsson, M. and Kloo, L. «Commemorating Two Centuries of Iodine Research: An Interdisciplinary Overview of Current Research». DOI:10.1002/anie.201100028
  3. Louis Rosenfeld «Discovery and Early Uses of Iodine» DOI:10.1021/ed077p984
  4. а б Viktor V. Zhdankin «Hypervalent Iodine Chemistry: Preparation, Structure and Synthetic Applications of Polyvalent Iodine Compounds» DOI:10.1002/9781118341155
  5. Hughes C. , Malin G. , Turley C. M. , Keely B. J. , Nightingale P. D. «The production of volatile iodocarbons by biogenic marine aggregates» DOI:10.4319/lo.2008.53.2.0867
  6. The Most Annoying Exceptions in Org 1 (Part 1) http://www.masterorganicchemistry.com/2011/02/01/the-most-annoying-exceptions-in-org-1-part-1/
  7. K. C. Nicolaou, T. Montagnon, P. S. Baran, and, and Y.-L. Zhong «Iodine(V) Reagents in Organic Synthesis. Part 4. o-Iodoxybenzoic Acid as a Chemospecific Tool for Single Electron Transfer-Based Oxidation Processes» DOI:10.1021/ja012127+
  8. http://chem.ch.huji.ac.il/nmr/techniques/1d/row5/i.html
  9. Экологические последствия аварии на Чернобыльской АЭС и их преодоление: двадцатилетний опыт(рос.)

Література[ред.ред. код]

  • Антоняк Г. Л., Влізло В. В. Біохімічна та геохімічна роль йоду : монографія. – Львів : ЛНУ імені Івана Франка, 2013. – 392 с. – (Серія "Біологічні Студії"). – ISBN 978-966-613-752-7 (серія), 978-617-10-0042-1
  • Глосарій термінів з хімії // Й. Опейда, О. Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет. — Донецьк: Вебер, 2008. — 758 с. — ISBN 978-966-335-206-0.
  • Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Східний видавничий дім, 2004—2013.
  • Commemorating Two Centuries of Iodine Research: An Interdisciplinary Overview of Current Research // Frithjof C. Küpper, Martin C. Feiters, Berit Olofsson, Tatsuo Kaiho, Shozo Yanagida, Michael B. Zimmermann, Lucy J. Carpenter, George W. Luther III, Zunli Lu, Mats Jonsson, Lars Kloo — Angewandte Chemie International Edition, 2011 DOI: 10.1002/anie.201100028

Посилання[ред.ред. код]