Иод

Шаблон:Перенаправление Шаблон:Карточка химического элемента Шаблон:Элемент периодической системы Ио́д<ref>Такое написание термина зафиксировано в химической номенклатуре, Шаблон:Из БСЭ и БРЭ.</ref> (общеупотребительное название — йо́д<ref>Такое написание зафиксировано в нормативных Шаблон:Wayback словарях русского языка — «Орфографическом словаре русского языка» Б. З. Букчиной, И. К. Сазоновой, Л. К. Чельцовой (6-е издание, 2010; ISBN 978-5-462-00736-1) и «Грамматическом словаре русского языка» А. А. Зализняка (6-е издание, 2009; ISBN 978-5-462-00766-8).</ref>; от греч. ἰώδης — «фиалковый (фиолетовый)», также от лат. Iodum) — химический элемент 17-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы седьмой группы, VIIA), пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 53.

Файл:Phase diagram of iodine.svg

Фазовая диаграмма иода: тройная точка 386,65 К (113,5 °С), 12,1 кПа (0,12 атм); критическая точка 819 К (546 °С), 11,7 МПа (115 атм)

Ниже температуры тройной точки на диаграмме фазового равновесия имеется только линия сублимации. Поэтому при относительно медленном (квазистатическом) нагреве в открытой системе, когда подавляющая часть подводимой от нагревателя энергии расходуется на фазовый переход (возгонку), а не на повышение температуры твёрдой фазы, иод, не плавясь, возгоняется и превращается сразу в пары. Наоборот, при охлаждении иод десублимируется и образует кристаллы, минуя жидкое состояние. Для превращения в жидкость твёрдый иод нагревают в закрытом сосуде. При очень быстром (нестатическом) нагреве иод плавится даже в открытом сосуде

Простое вещество иод (при нормальных условиях) — это очень летучее кристаллическое вещество (формула — I₂) чёрно-серого цвета с фиолетовым металлическим блеском, проявляющее неметаллические свойства и издающее характерный запах. Легко образует фиолетовые пары, обладающие резким запахом. Элементарный иод высокотоксичен. Из-за возгонки уже при стандартных условиях элементарный иод оставляет вокруг себя коричневые следы, состоящие из микроскопических кристаллов иода, отчётливо видимые на белых поверхностях. Шаблон:-

Название и обозначение

Название элемента предложено Гей-Люссаком и происходит от Шаблон:Lang-grc (букв. «фиалкоподобный»), что связано с цветом пара, который наблюдал французский химик Бернар Куртуа, нагревая маточный рассол золы морских водорослей с концентрированной серной кислотой. В медицине и биологии данный элемент и простое вещество обычно называют йодом, например, «раствор йода», в соответствии со старым вариантом названия, существовавшим в химической номенклатуре до середины XX века.

В современной химической номенклатуре используется наименование иод. Такое же положение существует в некоторых других языках, например в немецком: общеупотребительное Шаблон:Lang-de2 и терминологически корректное Шаблон:Lang-de2. Одновременно с изменением названия элемента в 1950-х годах Международным союзом общей и прикладной химии символ элемента J был заменён на I<ref>Шаблон:Статья</ref>Шаблон:Нет в источнике.

История

Иод был открыт в 1811 году Куртуа. При кипячении серной кислоты с рассолом золы морских водорослей он наблюдал выделение фиолетового пара, при охлаждении превращающегося в тёмные кристаллы с ярким блеском.

Элементная природа иода установлена в 1811—1813 годах Л. Ж. Гей-Люссаком (а чуть позже — и Х. Дэви). Гей-Люссак получил также многие производные (HI, HIO₃, I₂O₅, ICl и др.). Важнейшим природным источником иода служат буровые воды нефтяных и газовых скважин.

В начале XX века основными мировыми поставщиками иода были держатели чилийских селитренных фабрик «Йодное объединение» и «Международный синдикат», которые ограничивали добычу иода, задействуя лишь 30 из 160 фабрик (700 тонн в год из потенциальных 4000) для поддержания на мировом рынке высоких цен. В Великобритании, Японии и Норвегии иод производился из морских водорослей. В 1914 году английские фирмы скупили и закрыли норвежские иодные заводы. Россия импортировала чилийский иод через германских и американских посредников вплоть до 1917 года, когда специальная царская комиссия одобрила основание завода в Архангельске по добыче иода из водорослей Белого моря для нужд фронта. К 1923 году из-за сложности со сбором сырья завод стал убыточным и был распущен. Его сотрудники открыли новый Жижгинский завод при поддержке Йодного отделения Архангельского института промышленных изысканий и привлекая к сбору сырья поморов. Начав с 50 кг иода в 1923 году, в 1929 году заводчане получили первую тонну иода. При ежегодной потребности СССР в 115 тоннах Госплан РСФСР выделил дополнительные средства на устройство ещё 20 заводов на Беломорье, а также рассмотрел возможность добычи иода из нефтяных источников Апшеронского полуострова<ref>Шаблон:Статья</ref>. В 1964 году на базе Славянско-Троицкого месторождения (единственного в России промышленного месторождения иодобромных вод) заработал Троицкий йодный завод с мощностью эксплуатационных запасов 200 тонн иода в год. С распадом СССР и появлением на внутреннем рынке дешёвого иода из Чили к середине 1990-х годов предприятие стало убыточным, в 2015 году в связи с износом инфраструктуры добыча сырья прекратилась, в июне 2019 года завод признан банкротом, а в 2020 году куплен фармацевтическим предприятием «ЮжФарм»<ref>Троицкий йодный завод за 2 млн рублей купило ООО «ЮжФарм» // Коммерсантъ, 16.12.2020. Шаблон:Wayback</ref>.

Нахождение в природе

Файл:I,53.jpg

Иод

Иод — редкий элемент. Его кларк — всего Шаблон:Nobr. Однако он чрезвычайно сильно рассеян в природе и, будучи далеко не самым распространённым элементом, присутствует практически везде. Иод находится в виде иодидов в морской воде (Шаблон:Nobr на тонну морской воды). Присутствует в живых организмах, больше всего в водорослях (до Шаблон:Nobr на тонну высушенной морской капусты<ref name="МЦ Консилиум">Шаблон:Публикация</ref> — водоросли ламинарии). Известен в природе также в свободной форме, в качестве минерала, но такие находки единичны, — в термальных источниках Везувия и на острове Вулькано (Италия). Запасы природных иодидов оцениваются в Шаблон:Nobr, 99 % запасов находятся в Чили и Японии. В настоящее время в этих странах ведётся интенсивная добыча иода, например, чилийская Atacama Minerals производит свыше Шаблон:Nobr иода в год. Наиболее известный из минералов иода — лаутарит Ca(IO₃)₂. Некоторые другие минералы иода — иодобромит Ag(Br,Cl,I), эмболит Ag(Cl,Br), майерсит CuI·4AgI.

Сырьём для промышленного получения иода в России служат нефтяные буровые воды<ref>Пятьдесят третий элемент. Прилив и отлив Шаблон:Wayback.</ref>, тогда как в зарубежных странах, не обладающих нефтяными месторождениями, используются морские водоросли, а также маточные растворы чилийской (натриевой) селитры, щёлок калийных и селитряных производств, что намного удорожает производство иода из такого сырья<ref>http://chls.web-box.ru/novosti/pochemu-roshal-protiv-jodaШаблон:Недоступная ссылка.</ref>.

Типичная концентрация иода в подземных рассолах (где он существует обычно в форме иодида натрия) составляет Шаблон:Nobr. Оценённые запасы иода в рассолах составляют 5 млн тонн в Японии, 0,25 млн тонн в США, 0,1 млн тонн в Индонезии и 0,36 млн тонн суммарно в Туркменистане, Азербайджане и России. Запасы иода в чилийских залежах каличе (известковых вторичных отложений с примесями нитратов, хлоридов, иодатов и других растворимых солей в пустыне Атакама, где он присутствует в виде иодата кальция Ca(IO₃)₂) составляют 1,8 млн тонн. Кроме того, отмечается возможность добычи иода из морских водорослей (запасы около 4 тысяч тонн в Японии). Суммарная оценка запасов иода составляет 7,5 млн тонн, не считая морской воды (34,5 млн тонн), прямая добыча иода из которой экономически невыгодна ввиду низкой концентрации — менее 0,05 ppm<ref name=hor16>Шаблон:Статья Шаблон:Free access</ref>.

Физические свойства

Файл:IodoAtomico.JPG

Пары иода

Файл:Liquid Iodine.jpg

Жидкий иод на дне химического стакана

Полная электронная конфигурация атома иода: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d¹⁰5s²5p⁵

Природный иод является моноизотопным элементом, в его состав входит только один изотоп — иод-127 (см. Изотопы иода). 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 иода Шаблон:Nobr, ионные радиусы I⁻, I⁵⁺ и I⁷⁺ равны, соответственно, 0,206; Шаблон:Nobr; Шаблон:Nobr. Энергии последовательной ионизации нейтрального атома иода равны, соответственно: 10,45; 19,10; Шаблон:Nobr. Сродство к электрону Шаблон:Nobr. По шкале Полинга электроотрицательность иода равна 2,66, иод принадлежит к числу неметаллов.

Иод 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 (Шаблон:Nobr), лучше растворяется в водных растворах иодидов щелочных металлов с образованием трииодидов (например, трииодида калия KI₃).

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

Жидкий иод можно получить, нагревая его под давлением.

Изотопы

Известны 37 изотопов иода с массовыми числами от 108 до 144. Из них только ¹²⁷I является стабильным, период полураспада остальных изотопов иода составляет от 103 мкс до 1,57Шаблон:E лет<ref name="Nubase2003">Шаблон:Справочник:Nubase2003</ref>; отдельные изотопы используются в терапевтических и диагностических целях.

Радиоактивный нуклид ¹³¹I распадается с испусканием Шаблон:Math-частиц (наиболее вероятные максимальные энергии — 0,248, 0,334 и Шаблон:Nobr), а также с излучением Шаблон:Math-квантов с энергиями от 0,08 до Шаблон:Nobr<ref>Шаблон:Cite web</ref>.

Химические свойства

Файл:Iodine solution in S2Cl2.jpg

Пробирка с раствором элементарного иода в дихлориде дисеры S₂Cl₂ — раствор малинового цвета

Иод относится к группе галогенов.

Электронная формула (электронная конфигурация) иода: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d¹⁰5s²5p⁵.

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.

• Довольно известной качественной реакцией на иод является его взаимодействие с крахмалом<ref>Качественная реакция на йод — видеоопыт в Единой коллекции цифровых образовательных ресурсов. Шаблон:Wayback</ref>, при котором наблюдается синее окрашивание в результате образования соединения включения. Эту реакцию открыли в 1814 году Жан-Жак Колен (фр. Jean-Jacques Colin) и Анри-Франсуа Готье де Клобри (фр. Henri-François Gaultier de Claubry)<ref>См. с. 92 следующей статьи:
  Шаблон:Статья</ref>.
• С металлами иод при лёгком нагревании энергично взаимодействует, образуя иодиды:

  <chem>Hg + I2 -> HgI2</chem>

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

  <chem>H2 + I2 <=> 2 HI ^</chem>

• Иод является окислителем, менее сильным, чем фтор, хлор и бром. Сероводород H₂S, Na₂S₂O₃ и другие восстановители восстанавливают его до иона I⁻:

  <chem>I2 + H2S -> S + 2 HI ^</chem>

  <chem>I2 + 2 Na2S2O3 -> 2 NaI + Na2S4O6</chem>

Последняя реакция также используется в аналитической химии для определения иода.

• При растворении в воде иод частично реагирует с ней<ref>Шаблон:Книга</ref>

  <chem>I2 + H2O -> HI + HIO</chem>, Шаблон:Math = 15,99.

• Реакция образования аддукта нитрида трииода с аммиаком<ref>Шаблон:Статья</ref>:

  <chem>3 I2 + 5 NH3 -> 3 NH4I + NH3.NI3 v </chem>

Это вещество почти не имеет практического значения и известно лишь своей способностью разлагаться со взрывом от малейшего прикосновения.

• Иодиды щелочных металлов очень склонны в растворах присоединять (растворять) молекулы галогенов с образованием полииодидов (периодидов) — трииодид калия, дихлороиодат(I) калия:

  <chem>KI + I2 -> KI3</chem>

• Реакции с простыми веществами:

  <chem>I2 + 3F2 ->[{-45}][\ce{CCl3F}] 2IF3</chem>

Применение

В медицине

Файл:Iod1.jpg

5%-й спиртовой раствор иода

5-процентный спиртовой раствор иода используется для дезинфекции кожи вокруг повреждения (рваной, резаной или иной раны), но не для приёма внутрь при дефиците иода в организме. Продукты присоединения иода к крахмалу (так называемый «синий йод» — йодинол, йокс, бетадин и другие) являются более мягкими антисептиками.

При большом количестве внутримышечных инъекций на их месте пациенту делается йодная сетка — йодом рисуется сетка на площади, в которую делаются инъекции (например, на ягодицах). Это нужно для того, чтобы быстро рассасывались «шишки», образовавшиеся в местах внутримышечных инъекций.

В рентгенологических и томографических исследованиях широко применяются йодсодержащие контрастные препараты.

Иод-131, как и некоторые радиоактивные изотопы иода (¹²⁵I, ¹³²I), применяется в медицине для диагностики и лечения заболеваний щитовидной железы<ref name=ХЭ>Шаблон:ХЭ</ref>. Изотоп широко применяется при лечении диффузно-токсического зоба (болезни Грейвса), некоторых опухолей. Согласно нормам радиационной безопасности НРБ-99/2009, принятым в России, выписка из клиники пациента, лечившегося с использованием иода-131, разрешается при снижении общей активности этого нуклида в теле пациента до уровня Шаблон:Nobr<ref name="NRB99">«Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009). Санитарные правила и нормативы СанПин 2.6.1.2523-09». Шаблон:Wayback</ref>.

В криминалистике

В криминалистике пары иода применяются для обнаружения следов рук на гладких поверхностях.

В технике: рафинирование металлов

Источники света

Иод используется в источниках света:

• галогеновых лампах — в качестве компонента газового наполнителя колбы для осаждения испарившегося вольфрама нити накаливания обратно на неё.
• металлогалогеновых дуговых лампах — в качестве газовой среды разряда используются галогениды ряда металлов, использование различных смесей которых позволяет получать лампы с большим разнообразием спектральных характеристик.

Производство аккумуляторов

Иод используется в качестве компонента положительного электрода (окислителя) в литиево-ионных аккумуляторах для автомобилей.

Лазерный термоядерный синтез

Некоторые иодорганические соединения применяются для производства сверхмощных газовых лазеров на возбуждённых атомах иода (исследования в области лазерного термоядерного синтеза).

Динамика производства и потребления иода

Мировое потребление иода в 2016 году составило ок. 33 тыс. тонн. Около 18 % (6 тыс. тонн) поступает от вторичной переработки. Более 95 % от мирового производства иода добывается в 6 странах: Япония, США, Туркменистан, Азербайджан, Индонезия (во всех перечисленных — из подземных рассолов) и Чили (из природных залежей иодатов в Атакаме). Большинство иода США добывается из рассолов, откачиваемых из глубоких скважин в северной Оклахоме. В Японии иод добывается как побочный продукт из иодоносных рассолов газовых скважин. В Азербайджане и Туркменистане добыча рассолов осуществляется из специально пробурённых скважин, не ассоциированных с добычей нефти или газа. В Индонезии месторождения иодоносных рассолов эксплуатируются в Моджокерто (Восточная Ява), производство идёт главным образом на внутреннее потребление<ref name=hor16/>.

22 % мирового производства иода идёт на производство рентгеноконтрастных веществ, используемых в медицинской диагностике. 20 % идёт в фармацевтику (7 % на обеззараживающие ПАВ, такие как иодная настойка, 13 % — на другие фармпрепараты). Около 8 % расходуется на пищевые добавки для животных, около 3 % идёт для пищевых потребностей человека как микроэлемент (добавка в поваренную соль и отдельные пищевые добавки), а ещё около 3 % — для производства поливинилпиролидона-иода, стабилизирующей добавки к пиву и осветлителя для вина. 12 % иода используется для производства поляризационных плёнок жидкокристаллических дисплеев (в форме полииодидов IШаблон:Subsup и IШаблон:Subsup). 7 % мирового производства иода идёт на производство его соединений со фтором, в том числе чрезвычайно токсичных и используемых в органическом синтезе. 4 % — на биоциды, добавляемые в краски для подавления роста плесневых грибков на окрашиваемой поверхности. 4 % расходуется в форме иодида меди(I) и других иодидов в качестве добавок к полиамидам (капрон, нейлон и другие) для их стабилизации по отношению к воздействию тепла, света и кислорода. Остальные 17 % производства идут на прочие нужды, перечисленные выше<ref name=hor16/>.

Биологическая роль

Иод относится к микроэлементамШаблон:SfnШаблон:SfnШаблон:Sfn и присутствует во всех живых организмах. Его содержание в растениях зависит от присутствия его соединений в почве и водах. Некоторые морские водоросли (морская капуста, ламинария, фукус и другие) накапливают до 1 % иода. Богаты иодом водные растения семейства рясковых. Иод входит в скелетный белок губок и скелетопротеинов морских многощетинковых червейШаблон:Нет АИ.

Иод и щитовидная железа

У животных и человека иод входит в состав так называемых тиреоидных гормонов, вырабатываемых щитовидной железой, — тироксина и трийодтиронина, оказывающих многостороннее воздействие на рост, развитие и обмен веществ организма.

В организме человека (масса тела Шаблон:Nobr) содержится Шаблон:Nobr иода; содержание иода в организме человека (общее) — порядка 0,0001 %. Суточная потребность человека в иоде определяется возрастом, физиологическим состоянием и массой тела. Для человека среднего возраста нормальной комплекции (нормостеник) суточная доза иода составляет Шаблон:Nobr<ref>Дефицит йода и йоддефицитные заболевания</ref>.

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).

Недостаток иода приводит к заболеваниям щитовидной железы (например, к базедовой болезни, кретинизму). Также при небольшом недостатке иода отмечается усталость, головная боль, подавленное настроение, лень, нервозность и раздражительность; слабеет память и интеллект. Со временем появляется аритмия, повышается артериальное давление, падает уровень гемоглобина в крови.

Избыток иода в пище обычно легко переносится организмом, однако в отдельных случаях у людей с повышенной чувствительностью этот избыток может также привести к расстройствам щитовидной железы<ref>Angela M. Leung and Lewis E. Braverman. Consequences of excess iodine Шаблон:Wayback // Nat Rev Endocrinol. 2014 Mar; 10(3): 136—142.Шаблон:Ref</ref>.

Токсичность

Файл:Skull and Crossbones.svg

Шаблон:NFPA 704

Иод в виде свободного вещества ядовит. Полулетальная доза (ЛД₅₀) — 3 г. Вызывает поражение почек и сердечно-сосудистой системы. При вдыхании паров иода 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, повышение температуры, рвота, понос, бурый налёт на языке, боли в сердце и учащение пульса. Через день появляется кровь в моче. Через 2 дня появляются почечная недостаточность и миокардит. Без лечения наступает летальный исход<ref>Шаблон:Книга</ref>.

ПДК иода в воде 0,125 мг/дм³, в воздухе 1 мг/м³. Иод относится ко II классу токсичности (высокоопасен) согласно ГОСТ 12.1.007-76<ref name="gost12.1.007-76">Шаблон:Cite web</ref>.

Радиоактивный иод-131 (радиоиод), являющийся бета- и гамма-излучателем, особенно опасен для организма человека, так как радиоактивные изотопы биохимически не отличаются от стабильных. Поэтому почти весь радиоактивный иод, как и обычный, концентрируется в щитовидной железе, что приводит к её облучению и дисфункции. Основным источником загрязнения атмосферы радиоактивным иодом являются атомные станции и фармакологическое производство<ref>Шаблон:Cite news</ref>. В то же время это свойство радиоиода позволяет использовать его для борьбы с опухолями щитовидной железы и диагностики её заболеваний (см. выше).

См. также

• Тиреоидит
• Иодная яма

Литература

• Шаблон:Статья
• Шаблон:Статья
• Шаблон:Статья

Ссылки

• Шаблон:БРЭ
• Шаблон:БСЭ3
• Иод // Webelements
• Из истории йода
• Иод // Популярная библиотека химических элементов.

	1	2															3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
1
2
3
4
5
6
7