Свойства йода

3.1 Физические свойства

Плотность Йода 4,94 г/см3, t_пл 113,5 °С, t_кип 184,35 °С. Молекула жидкого и газообразного Йода состоит из двух атомов (I₂). Заметная диссоциация I₂ 2I^- наблюдается выше 700 °С, а также при действии света. Уже при обычной температуре Йод испаряется, образуя резко пахнущий фиолетовый пар. При слабом нагревании Йод возгоняется, оседая в виде блестящих тонких пластинок; этот процесс служит для очистки Йода в лабораториях и в промышленности. Йод малорастворим в воде. При комнатной температуре в 100 г воды растворяется около 0,03 г йода, с повышением температуры растворимость йода несколько увеличивается. Гораздо лучше йод растворяется в органических растворителях. В глицерине растворимость йода составляет 0,97 г йода, в четыреххлористом углероде - 2,9 г, в спирте, эфире и сероуглероде - около 20 г йода на 100 г растворителя. При растворении йода в бескислородных органических растворителях (четыреххлористый углерод, сероуглерод, бензол) образуются фиолетовые растворы; с кислородсодержащими растворителями йод дает растворы, имеющие бурую окраску. В фиолетовых растворах йод находится в виде молекул I2, в бурых - в виде неустойчивых соединений со слабыми донорно-акцепторными связями. Йод хорошо растворяется в водных растворах йодидов, при этом образуется комплексный трийодид-ион, находящийся в равновесии с исходными веществами и продуктами гидролиза. Трийодид-ион участвует в химических реакциях как эквимолярная смесь молекулярного йода и йодид-иона.

Атом йода обладает очень легко поляризуемой электронной оболочкой. Катионы большинства элементов способны глубоко проникать в электронную оболочку йода, вызывая значительную ее деформацию. Вследствие этого соединения йода обладают более ковалентным характером, чем аналогичные соединения остальных галогенов. Высокая поляризуемость приводит к возможности существования структур с положительным концом диполя на атоме йода. Положительно поляризованный атом йода обусловливает цветность и высокую физиологическую активность химических соединений йода

3.2 Химические свойства

Химическая активность йода ниже, чем у других галогенов. Йод взаимодействует с большинством металлов и с некоторыми неметаллами. Йод не взаимодействует непосредственно с благородными металлами, инертными газами, кислородом, азотом, углеродом. Соединения йода с некоторыми из этих элементов могут быть получены косвенным путем. С большинством элементов йод образует йодиды, при взаимодействии с галогенами образуются соединения положительно поляризованного йода. Йодиды щелочных и щелочноземельных элементов - солеобразные соединения, хорошо растворимые в воде. Йодиды тяжелых металлов более ковалентны. В отличие от легких галогенов йод стабилизирует низшие степени окисления у элементов с переменной валентностью. Не существует йодидов трехвалентного железа и четырехвалентного марганца. Это связано с большим радиусом йодид-иона и недостаточной окислительной активностью йода.

Йодиды неметаллических элементов - вещества с молекулярной структурой и преимущественно ковалентными связями, обладающие кислотным характером. Эти вещества в природе существовать не могут, так как легко разлагаются водой (гидролизуются). Специальными методами могут быть получены соединения, содержащие катион одновалентного йода. Однако они также неустойчивы и легко гидролизуются.

Насыщенные органические соединения не взаимодействуют с йодом, так как энергия связи углерод - водород больше энергии связи углерод-йод. Йод способен присоединяться к кратным углерод - углеродным связям. Степень ненасыщенности вещества можно характеризовать йодным числом, то есть количеством йода, присоединяющегося к единице массы органического соединения. Йод способен замещать водород в активных ароматических системах (толуол, фенол, анилин, нафталин), однако реакция идет труднее, чем для хлора и брома.

С металлами Йод при легком нагревании энергично взаимодействует, образуя Йодиды.

Hg + I₂ = HgI₂ (1)

С водородом Йод реагирует только при нагревании и не полностью, образуя йодистый водород.

I₂ + H₂ = 2НI (2)

Элементный Йод - окислитель, менее сильный, чем хлор и бром. Сероводород H₂S, тиосульфат натрия Na₂S₂O₃ и другие восстановители восстанавливают его до I^- .

I₂ + H₂S = S + 2НI (3)

При растворении в воде Йода частично реагирует с ней;

I₂ + H₂O = HI + HIO (4)

В горячих водных растворах щелочей образуются йодид и йодат.

I₂ + 2KOH = KI + KIO + H₂O (5)

3KIO = 2KI + KIO₃ (5.1)

При нагревании йод взаимодействует с фосфором:

3I₂ + 2P = 2PI₃ (6)

А йодид фосфора в свою очередь взаимодействует с водой:

2PI₃ + H₂O = 3HI + H₂ (PHO₃) (7)

При взаимодействии H₂SO₄ и KI образуется продукт, окрашенный темно-бурый цвет, и сульфатная кислота восстанавливается до H₂S:

8KI + 9H₂SO₄ = 4I₂ + 8KHSO₄ + SO₂ + H₂O (8)

Йод легко реагирует с алюминием, причем катализатором в этой реакции является вода:

3I₂ + 2AL = 2ALI₃ (9)

Йод может также окислять сернистую кислоту и сероводород:

H₂SO₃ + I₂ + H₂O = H₂SO₄ + HI (10)

H₂S + I₂ = 2HI + S (10.1)

Йод взаимодействует с нитратной кислотой:

I₂ + 10HNO₃ = 2HIO₃ + 10NO₂ + 4H₂O (11)

При соединении кислоты с щелочью образуется соль:

HIO₃ + KOH = KIO₃ + H₂O (12)

4. Нахождение в природе

Среднее содержание Йода в земной коре 4*10^-5% по массе. В мантии и магмах и в образовавшихся из них породах (гранитах, базальтах) соединения Йода рассеяны; глубинные минералы Йода неизвестны. История Йода в земной коре тесно связана с живым веществом и биогенной миграцией. В биосфере наблюдаются процессы его концентрации, особенно морскими организмами (водорослями, губками). Известны 8 гипергенных минералов Йода, образующихся в биосфере, однако они очень редки. Основным резервуаром Йода для биосферы служит Мировой океан (в 1 литре в среднем содержится 5*10^-5 грамм Йода). Из океана соединения Йода, растворенные в каплях морской воды, попадают в атмосферу и переносятся ветрами на континенты. Местности, удаленные от океана или отгороженные от морских ветров горами, обеднены Йодом. Йод легко адсорбируется органическими веществами почв и морских илов. При уплотнении этих илов и образовании осадочных горных пород происходит десорбция, часть соединений Йода переходит в подземные воды. Так образуются используемые для добычи Йода Йодо-бромные воды, особенно характерные для районов нефтяных месторождений (местами 1 литр этих вод содержит свыше 100 мг Йода).

4.1 Йод в живом организме

Йод - необходимый для животных и человека микроэлемент. В почвах и растениях таёжно-лесной нечерноземной, сухостепной, пустынной и горных биогеохимических зон. Йод содержится в недостаточном количестве или не сбалансирован с некоторыми другими микроэлементами (Са, Mn, Cu); с этим связано распространение в этих зонах эндемического зоба. Среднее содержание Йода в почвах около 3*10^-4%, в растениях около 2*10^-5%. В поверхностных питьевых водах Йода мало (от 10^-7 до 10^-9%). В приморских областях количество Йода в 1 м3 воздуха может достигать 50 мкг, в континентальных и горных - составляет 1 или даже 0,2 мкг.

Поглощение Йода растениями зависит от содержания в почвах его соединений и от вида растений. Некоторые организмы (так называемые концентраторы Йода, например морские водоросли - фукус, ламинария, филлофора, накапливают до 1% Йода, некоторые губки - до 8,5% (в скелетном веществе спонгине). Водоросли, концентрирующие Йод, используются для его промышленного получения. В животный организм Йод поступает с пищей, водой, воздухом. Основной источник Йода - растительные продукты и корма. Всасывание Йода происходит в передних отделах тонкого кишечника. В организме человека накапливается от 20 до 50 мг Йода, в том числе в мышцах около 10 - 25 мг, в щитовидной железе в норме 6 - 15 мг. С помощью радиоактивного Йода (I¹³¹ и I¹²⁵) показано, что в щитовидной железе Йод накапливается в митохондриях эпителиальных клеток и входит в состав образующихся в них алл - и моноиодтирозинов, которые конденсируются в гормон тетраиодтиронин (тироксин). Выделяется Йод из организма преимущественно через почки (до 70 - 80% ), молочные, слюнные и потовые железы, частично с жёлчью.

В различных биогеохимических провинциях содержание Йода в суточном рационе колеблется (для человека от 20 до 240 мкг, для овцы от 20 до 400 мкг). Потребность животного в Йоде зависит от его физиологического состояния, времени года, температуры, адаптации организма к содержанию Йода в среде. Суточная потребность в Йоде человека и животных - около 3 мкг на 1 кг массы (возрастает при беременности, усиленном росте, охлаждении). Введение в организм Йода повышает основной обмен, усиливает окислительные процессы, тонизирует мышцы.

4.2 Йод и человек

5.1 Йод в медицине

Антисептические свойства йода в хирургии первым использовал врач Буанэ. Как ни странно, самые простые лекарственные формы йода - водные и спиртовые растворы - очень долго не находили применения в хирургии, хотя ещё в 1865 - 1866 гг. великий русский хирург Н.И.Пирогов применял Йодную настойку при лечении ран.

Препараты, содержащие йод, обладают антибактериальными и противогрибковыми свойствами, они оказывают также противовоспалительное и отвлекающее действие; их применяют наружно для обеззараживания ран, подготовки операционного поля. При приеме внутрь препараты йода оказывают влияние на обмен веществ, усиливают функцию щитовидной железы. Малые дозы йода (микроЙод) тормозят функцию щитовидной железы, действуя на образование тиреотропного гормона передних долей гипофиза. Поскольку йод влияет на белковый и жировой (липидный) обмен, он нашел применение при лечении атеросклероза, так как снижает содержание холестерина в крови; повышает также фибринолитическую активность крови. йод химический изотоп

Для диагностических целей используют рентгеноконтрастные вещества, содержащие йод. При длительном применении препаратов йода и при повышенной чувствительности к ним возможно появление йодизма - насморк, крапивница, отек квинке, слезотечение, угревидная сыпь (Йододерма). Препараты Йода нельзя принимать при туберкулезе легких, беременности, при заболеваниях почек, хронической пЙодермии, геморрагических диатезах, крапивнице.

5.2 Йод радиоактивный

Искусственно радиоактивные изотопы Йода - I¹²⁵, I¹³¹, I¹³² 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 секреторные клетки железы. При загрязнениях окружающей среды продуктами ядерного деления радиоактивные изотопы Йода быстро включаются в биологический круговорот, попадая, в конечном счете, в молоко и, следовательно, в организм человека. Особенно опасно их проникновение в организм детей, щитовидная железа которых в 10 раз меньше, чем у взрослых людей и к тому же обладает большей радиочувствительностью. С целью уменьшения отложения радиоактивных изотопов Йода в щитовидной железе рекомендуется применять препараты стабильного И. (по 100 - 200 мг на прием). Радиоактивный Йод быстро и полностью всасывается в желудочно-кишечном тракте и избирательно откладывается в щитовидной железе. Его поглощение зависит от функционального состояния железы. Относительно высокие концентрации радиоизотопов Йода обнаруживаются также в слюнных и молочной железах и слизистой желудочно-кишечного тракта. Не поглощенный щитовидной железой радиоактивный Йод почти полностью и сравнительно быстро выделяется с мочой.

5.3 Йод в промышленности

1.Иод - редкий и рассеянный элемент, довольно равномерно распределенный в земной коре (в щелочных породах 5*10^-5 %, в кислых - 4*10^-5 %). В настоящее время мировые запасы иода оцениваются в 15 млн. т. Иод и его соединения играют важную роль в регулировании обмена веществ. При недостатке иода в организме нарушается нормальный ход физиологических процессов, невозможно протекание ряда ферментативных реакций. В результате этого нарушается нормальное функционирование биологических систем, отсутствует регуляция процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе. На сегодняшний день выявлена связь иода с сопротивляемостью организма к болезням. Иод необходим для нормального функционирования щитовидной железы. У животных организмов иод накапливается главным образом именно в этой железе внутренней секреции. Тело человека содержит более 25 мг иода, из которых примерно 15 мг входит в состав гормона тирозина, содержащегося в щитовидной железе. Через эту железу проходит весь объём циркулирующей в организме крови в течении 17 мин. Поскольку клетки этой железы испытывают потребность в иоде, за эти 17 мин. секретируемый «щитовидкой» иод убивает микробы попадающие в кровь, а стойкие вирулентные формы при каждом повторном проходе через щитовидную железу становятся слабее, пока окончательно не погибают при условии нормального обеспечения этой железы иодом.

2.В среде, насыщенной иодом, наблюдаются совершенно необычные формы жизни животных и растений. Так, например, позвоночные, обитающие в океане, имеют рекордный вес и высокую продолжительность жизни, типичными представителями которых являются самое крупное животное нашей планеты - голубой кит (его длина достигает 30 м, а вес - 150 т), а так же морские черепахи, живущие по 2-3 столетия и т.д. При этом родственники черепах - ящерицы, живущие на суше, где среда обитания не насыщенна иодом, имеют весьма скромные размеры, с продолжительностью жизни не более 20-30 лет .Аналогичные явления наблюдаются и в растительном мире. В приморских областях высота хлебных злаков достигает 2.5 м, дикорастущих трав - до 4-х м. Вдоль Тихоокеанского побережья Калифорнии произрастают исполинские секвойи, или мамонтовые деревья. Диаметр их стволов равен 10 м и более, а высота 140-160 м. Средний возраст секвойи - около 4500 лет, а самые старые из них могут достигать возраста 6-9 тысяч лет. Известный учёный, а также пропагандист иодотерапии В. О. Мохнач считал, что единственным условием для произрастания этих чудо-деревьев является насыщенный иодом морской туман Тихоокеанского побережья.

3. Содержание Йода в крови человека зависит от времени года: с сентября по январь концентрация Йода в крови снижается, с февраля начинается новый подъём, а в мае-июне Йодное зеркало достигает наивысшего уровня. Эти колебания имеют небольшую амплитуду, и их до сих пор остаются загадкой

4. Интересно отметить, что история лечебного применения Йода уходит в глубь веков. Целебные свойства веществ, содержащих Йод, были известны за 3 тыс. лет до того, как был открыт этот элемент. Китайский кодекс 1567 г. До н. э. рекомендует для лечения зоба морские водоросли.

Благодаря включению в свой рацион морской капусты жители северо-восточной провинции Китая Мукден, несмотря на недостаток Йода в этой географической зоне, не страдали эндемическим зобом. Об их здоровье в своё время позаботился император Канси. Он предписал местным жителям съедать по 5 тинь (2 кг) морской капусты в год. И вот уже почти 2 тыс. лет послушные мукденцы неукоснительно выполняют мудрый императорский указ.

6.1 Биогенность йода

Наиболее высокое содержание Йода в водорослях:

- в сухой ламинарии - 26-180 мг на 100 г продукта

- в сухой морской капусте - 200-220 мг на 100 г продукта

В морской рыбе и продуктах моря содержание Йода достигает 300-3000 мкг на 100г продукта. Также источником Йода для человека являются: мясо, молоко, яйца, овощи.

Таблица 1 Содержание йода в различных продуктах

Размещено на Allbest.ru