1.1. Опис елемента.

Йод - хімічний елемент VII групи періодичної системи Менделєєва. Атомний номер - 53. Відносна атомна маса 126,9045 (рис. 1). Галоген. З наявних у природі галогенів - найважчий, якщо, звичайно, не вважати радіоактивний короткоживучий астат. Практично весь природний Йод складається з атомів одного - єдиного ізотопу з масовим числом I 127, його вміст в земній корі 4 * 10 -5% за масою. Радіоактивний Йод I 125 утворюється в ході природних радіоактивних перетворень. Зі штучних ізотопів Йоду найважливіші - Йод I 131 і Йод I 133. їх в основному використовують у медицині.

I 2 - галоген. Темно-сірі кристали з металевим блиском. Леткий. Погано розчиняється у воді, добре - в органічних розчинниках (з фіолетовим або коричневим забарвленням розчину) або у воді з добавкою солей - йодид. Слабкий окислювач і відновник. Реагує з концентрованими сірчаною та азотною кислотами, металами, неметалами, лугами, сірководнем. Утворює сполуки з іншими галогенами.

Молекула елементного Йода, як і інших галогенів, складається з двох атомів. Йод - єдиний з галогенів - знаходиться в твердому стані при нормальних умовах. Красиві темно - сині кристали Йода найбільше схожі на графіт. Явно виражене кристалічна будова (рис. 2), здатність проводити електричний струм - всі ці «металеві» властивості характерні для чистого Йода.

1.2. Відкриття Йода.

Кінець XVII і початок XVIII століття були відзначені в Європі безперервними війнами. Треба було багато пороху і, отже, багато селітри. Виробництво селітри прийняло небачені масштаби, поряд зі звичайним рослинною сировиною у справу йшли і морські водорості. У них і виявили новий хімічний елемент.

Одним із французьких селітряних варниць був хімік і промисловець Бернар Куртуа (1777-1838), він був дуже спостережливою людиною. Вважається, що саме це допомогло йому в 1811 р. стати першовідкривачем нового хімічного елемента Йода. Одного разу він зауважив, що мідний казан, у якому випарювали луг, отриманий з фукуса, ламінарій та інших бурих водоростей, швидко руйнується, як ніби його роз'їдає яка - то кислота. Куртуа вирішив з'ясувати, у чому тут справа. Обложивши і видаливши з розчину солі натрію, він випарив розчин, виявив в котлі сульфід калію і щоб розкласти його, прилив до осаду концентрованої сірчаної кислоти - і тут з'явився фіолетовий дим. Куртуа повторив досвід, цього разу в реторті, і в приймачі реторти осіли блискучі чорні пластинчасті кристали.

Йодид натрію з водоростей, взаємодіючи з сірчаною кислотою, виділяє Йод I 2; одночасно утворюється сірчистий газ - діоксид сірки SO 2 і воду:

2NaI + 2H 2 SO 4 = I 2 + SO 2 + Na 2 SO 4 + 2H 2 O

При охолодженні пари Йода перетворювалися в темно-сірі кристали з яскравим блиском. Куртуа писав: «У маточному розчині лугу, отриманого з водоростей, міститься досить велика кількість незвичайного речовини. Його легко виділити: для цього достатньо долити сірчану кислоту до даного розчину і нагріти суміш у реторті ... Нове речовина осаджується у приймальнику у вигляді чорного порошку, який при нагріванні перетворюється в пари чудового фіолетового кольору ».

Назва новому елементу присвоїв в 1813 році французький хімік Жозеф-Луї Гей-Люссак (1778-1850) за фіолетовий колір його парів («Йодос» по-грецьки означає «фіолетовий»). Він же отримав багато похідні нового елемента - Йодоводород HI, Йодноватую кислоту HIO 3, оксид Йода (V) I 2 O 5, хлорид Йода ICl та інші. Практично одночасно елементарну природу Йода довів і англійський хімік Гемфрі Деві (1778-1829).

1.3. Цікаві факти.

1. зміст Йоду в крові людини залежить від пори року: з вересня по січень концентрація Йоду в крові знижується, з лютого починається новий підйом, а у травні-червні Йодне дзеркало досягає найвищого рівня. Ці коливання мають невелику амплітуду, і їх до цих пір залишаються загадкою;

2. з харчових продуктів багато Йода містять яйця, молоко, риба, дуже багато Йода в морській капусті, яка надходить у продаж у вигляді консервів, драже і інших продуктів;

3. перший в Росії Йодний завод був побудований в 1915 р. У Катеринославі (нині Дніпропетровськ); отримували Йод із золи чорноморської водорості філофори; за роки першої світової війни на цьому заводі було видобуто 200 кг Йода;

4. якщо грозову хмару «засіяти» йодистим сріблом або йодистим свинцем, то замість граду в хмарі утворюється сніжна крупа: засіяне такими солями хмара проливає дощем і не шкодить полям.

Розділ 2. Властивості Йода.

2.1. Фізичні властивості Йода.

Щільність Йода 4,94 г/см3, t пл 113,5 ° С, t кіп 184,35 ° С. Молекула рідкого і газоподібного Йода складається з двох атомів (I 2). Помітна дисоціація I 2 2I спостерігається вище 700 ° С, а також при дії світла. Вже при звичайній температурі Йод випаровується, утворюючи різко пахне фіолетовий пар. При слабкому нагріванні Йод переганяється, осідаючи у вигляді блискучих тонких пластинок; цей процес служить для очищення Йоду в лабораторіях і в промисловості. Йод погано розчиняється у воді (0,33 г / л при 25 ° С), добре - в сірковуглеці і органічних розчинниках (бензолі, спирті), а також у водних розчинах йодидів.

2.2. Електронно-графічна формула Йода.

Конфігурація зовнішніх електронів атома Йода 5s2 5p5. Відповідно до цього проявляє в з'єднаннях змінну валентність (ступінь окислення): -1 (в HI, KI) (рис. 3); +1 (в HIO, KIO) (рис. 3); +3 (в IСl 3) ( рис. 4); +5 (у НIO 3, КIO 3) (рис. 5); та +7 (в HIO 4, KIO 4) (рис. 6).

5d

5p

5s

E I норм

5d

5p

5s

E I 1 *

5d

5p

5s

E I 2 *

5d

5p

5s

E I 3 *

2.3. Хімічні властивості Йода.

Хімічно Йод досить активний, хоча і в меншій мірі, ніж хлор і бром. З металами Йод при легкому нагріванні енергійно взаємодіє, утворюючи йодиди.

Hg + I 2 = HgI 2

З воднем Йод реагує тільки при нагріванні і не повністю, утворюючи йодистий водень.

I 2 + H 2 = 2НI

Елементний Йод - окислювач, менш сильний, ніж хлор і бром. Сірководень H 2 S, тіосульфат натрію Na 2 S 2 O 3 та інші відновники відновлюють його до I -.

I 2 + H 2 S = S + 2НI

Хлор та інші сильні окислювачі у водних розчинах переводять його в IO 3 -.

При розчиненні у воді Йода частково реагує з нею;

I 2 + H 2 O = HI + HIO

У гарячих водних розчинах лугів утворюються Йодид і Йодат.

I 2 + 2KOH = KI + KIO + H 2 O

3KIO = 2KI + KIO 3

При нагріванні йод взаємодіє з фосфором:

3I 2 + 2 P = 2 PI 3

А йодид фосфору в свою чергу взаємодіє з водою:

2PI 3 + H 2 O = 3HI + H 2 (PHO 3)

При взаємодії H 2 SO 4 і KI утворюється продукт, пофарбований темно-бурий колір, і сульфатна кислота відновлюється до H 2 S

8KI + 9H 2 SO 4 = 4I 2 + 8KHSO 4 + SO 2 + H 2 O

Йод легко реагує з алюмінієм, причому каталізатором у цій реакції є вода:

3I 2 + 2 AL = 2 ALI 3

Йод може також окисляти сірчисту кислоту і сірководень:

H 2 SO 3 + I 2 + H 2 O = H 2 SO 4 + HI

H 2 S + I 2 = 2HI + S

Йод взаємодіє з нітратною кислотою:

I 2 + 10 HNO 3 = 2 HIO 3 + 10 NO 2 + 4 H 2 O

При з'єднанні кислоти з лугом утворюється сіль:

HIO 3 + KOH = KIO 3 + H 2 O

При окисленні йодид-іона йодат-іоном в кислому середовищі утворюється вільний йод:

5KI + KIO 3 + 3H 2 SO 4 = 3I 2 + 3K 2 SO 4 + 3H 2 O

При нагріванні йодатной кислоти вона розпадається, з утворенням найбільш стійкого оксиду галогенів:

2 HIO 3 = I 2 O 5 + H 2 O

Оксид йоду (V) виявляє окисні властивості. Його використовують при аналізі CO:

5 CO + I 2 O 5 = I 2 + 5 CO 2

Перйодатная кислота H 5 IO 6 - пятіосновная. Її отримують наступним чином:

5 Ba (IO 3) 2 --- t - ► Ba 5 (IO 6) 2 + 4 I 2 + 9 O 2

Ba 5 (IO 6) 2 + 5 H 2 SO 4 = 5 BaSO 4 ↓ + 2 H 5 IO 6

Це середня по силі кислота. Може утворювати солі в орто-формі (Ag 5 IO 6) і в мета-формі (NaIO 4). Перйодатная кислота і її солі використовують в органічної та аналітичної хімії як сильні окислювачі.

Йод добре взаємодіє з серноватистокислого натрієм (тіосульфатом):

2 Na 2 S 2 O 3 + I 2 = Na 2 S 4 O 6 + 2 NaI

Це його властивість використовується в аналітичній хімії.

Адсорбуючись на крохмалі, Йод забарвлює його в темно-синій колір; це використовується в Йодометріі і якісному аналізі для виявлення Йода.

Пари Йода отруйні і подразнюють слизові оболонки. На шкіру Йод надає припікаючу і знезаражуючу дію. Плями від Йода змивають розчинами соди або тіосульфату натрію.

2.4. Отримання Йода.

Сировиною для промислового отримання Йоду в Росії служать нафтові бурові води (рис. 7); за кордоном - морські водорості, а також маткові розчини чилійської (натрієвої) селітри, що містять до 0,4% Йоду у вигляді йодату натрію. Для вилучення Йода з нафтових вод (що містять зазвичай 20 - 40 мг / л Йода у вигляді йодиду) на них спочатку діють хлором або азотистої кислотою. Виділився Йод або адсорбують активним вугіллям, або видувають повітрям. На Йод, адсорбований вугіллям, діють їдким лугом або сульфитом натрію. З продуктів реакції вільний Йод виділяють дією хлору або сірчаної кислоти і окислювача, наприклад дихромата калію. При видуванні повітрям Йод поглинають сумішшю двоокису сірки з водяною парою і потім витісняють Йод хлором. Сирий кристалічний Йод очищають сублімацією.

1) бурова вода;

2) кислота;

3) башта підкислення та окислення (хлоратор);

4) хлор;

5) башта віддувка елементного Йода (десорбер);

6) повітря;

7) сірчистий газ;

8) уловлювач (адсорбер);

9) Йодоватістая і сірчана кислоти (сорбент);

10) збірник сорбенту;

11) кристалізатор (тут Йод виділяється з сорбенту);

12) Йод - сирець;

13) безЙодная бурова вода;

Розділ 3. Поширення Йода.

3.1. Поширення в природі.

Середній вміст Йоду в земній корі 4 * 10 - 5% за масою. У мантії і магма і в утворилися з них породах (гранітах, базальтах) з'єднання Йода розпорошені глибинні мінерали Йода невідомі. Історія Йода в земній корі тісно пов'язана з живою речовиною і біогенної міграцією. У біосфері спостерігаються процеси його концентрації, особливо морськими організмами (водоростями, губками). Відомі 8 гіпергенних мінералів Йода, що утворюються в біосфері, однак вони дуже рідкісні. Основним резервуаром Йода для біосфери служить Світовий океан (в 1 літрі в середньому міститься 5 * 10 -5 грам Йода). З океану з'єднання Йода, розчинені в краплях морської води, потрапляють в атмосферу і переносяться вітрами на континенти. Місцевості, віддалені від океану або відгороджені від морських вітрів горами, збіднені Йодом. Йод легко адсорбується 1 органічними речовинами грунтів і морських мулів. При ущільненні цих мулів та освіті осадових гірських порід відбувається десорбція, частина з'єднань Йода переходить у підземні води. Так утворюються використовувані для видобутку Йода йодо-бромні води, особливо характерні для районів нафтових родовищ (місцями 1 літр цих вод містить понад 100 мг Йода).

3.2. Йод в живому організмі.

Йод - необхідний для тварин і людини мікроелемент. У грунтах і рослинах тайгово-лісовий нечорноземної, сухостеповій, пустельній і гірських біогеохімічних зон. Йод міститься в недостатній кількості або не збалансований з деякими іншими мікроелементами (Са, Mn, Cu); з цим пов'язане поширення в цих зонах ендемічного зобу. Середній вміст Йоду в грунтах близько 3 * 10 -4%, в рослинах близько 2 * 10 -5%. У поверхневих питних водах Йода мало (від 10 -7 до 10 -9%). У приморських областях кількість Йода в 1 м3 повітря може досягати 50 мкг, в континентальних і гірських - становить 1 або навіть 0,2 мкг.

Поглинання Йода рослинами залежить від вмісту в грунтах його сполук і від виду рослин. Деякі організми (так звані концентратори Йода, наприклад морські водорості - фукус, ламінарія, філофора, накопичують до 1% Йоду, деякі губки - до 8,5% (у скелетному речовині спонгіном). Водорості, що концентрують Йод, використовуються для його промислового одержання. У тваринний організм Йод надходить з їжею, водою, повітрям. Основне джерело Йода - рослинні продукти і корми. Всмоктування Йода відбувається в передніх відділах тонкого кишечника. В організмі людини накопичується від 20 до 50 мг Йода, в тому числі в м'язах близько 10 - 25 мг, в щитовидній залозі в нормі 6 - 15 мг. За допомогою радіоактивного Йода (I 131 і I 125) показано, що в щитовидній залозі Йод накопичується в мітохондріях епітеліальних клітин і входить до складу утворюються в них алл - і моноіодтірозінов, які конденсуються в гормон тетраіодтіронін (тироксин). Виділяється Йод з організму переважно через нирки (до 70 - 80%), молочні, слинні та потові залози, частково з жовчю.

У різних біогеохімічних провінціях зміст Йоду в добовому раціоні коливається (для людини від 20 до 240 мкг, для вівці від 20 до 400 мкг). Потреба тварини в Йода залежить від його фізіологічного стану, пори року, температури, адаптації організму до вмісту йоду в середовищі. Добова потреба в Йоді людини і тварин - близько 3 мкг на 1 кг маси (зростає при вагітності, посиленому зростанні, охолодженні). Введення в організм йоду підвищує основний обмін, підсилює окисні процеси, тонізує м'язи.

3.3. Йод і людина

Організм людини не тільки не потребує великих кількостях Йоду, але і з дивовижною постійністю зберігає в крові постійну концентрацію (10 -5 - 10 -6%) Йода, так зване Йодне дзеркало крові. Із загальної кількості Йоду в організмі близько 25 мг, більше половини знаходиться в щитовидній залозі. Майже весь Йод, що міститься в цій залозі, входить до складу різних похідних тирозину - гормону щитовидної залози, і тільки незначна частина його близько 1%, знаходиться у вигляді неорганічного Йода I -.

Великі дози елементного Йода небезпечні: доза 2 - 3 г смертельна. У той же час у формі йодиду допускається прийом всередину у великих дозах.

Якщо ввести в організм з їжею значна кількість неорганічних солей Йода, концентрація його в крові підвищиться в 1000 разів, але вже через 24 години Йодне дзеркало крові прийде в норму внутрішнього обміну і практично не залежить від умов експерименту.

У медичній практиці Йодорганіческіе з'єднання використовується для рентгенодіагностики. Досить важкі ядра атомів Йоду розсмоктують рентгенівські промені. При введенні всередину організму такого діагностичного кошти отримують виключно чіткі рентгенівські знімки окремих ділянок тканин і органів.