Ио́д (тривиальное (общеупотребительное) название - йод; от др.-греч. ἰώδης - «фиалковый (фиолетовый)») - элемент 17-й группы перйодической таблицы химических элементов (по устаревшей классификации - элемент главной подгруппы VII группы), пятого перйода, с атомным номером 53. Обозначается символом I (лат. Iodum). Химически активный неметалл, относится к группе галогенов.
Простое вещество йод (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).
История
йод был открыт в 1811 г. Куртуа в золе морских водорослей, а с 1815 г. Гей-Люссак стал рассматривать его как химический элемент.
Название и обозначение
Название элемента предложено Гей-Люссаком и происходит от др.-греч. ἰώδης, ιώο-ειδης (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 йод. Такое же положение существует в некоторых других языках, например в немецком: общеупотребительное Jod и терминологически корректное Iod. Одновременно с изменением названия элемента в 1950-х годах Международным союзом общей и прикладной химии символ элемента J был заменен на I.
Физические свойства
йод при обычных условиях - твердое чёрно-серое вещество с 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 спирте. йод 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 йода кристаллизуются, минуя жидкое состояние. Этим пользуются на практике для очистки йода от нелетучих примесей.
Химические свойства
йод относится к группе галогенов.
Образует ряд кислот: йодоводородную (HI), йодноватистую (HIO), йодистую (HIO 2), йодноватую (HIO 3), йодную (HIO 4).
Химически йод довольно активен, хотя и в меньшей степени, чем хлор и бром.
1. С металлами йод при легком нагревании энергично взаимодействует, образуя йодиды:
Hg + I 2 = HgI 2
2. С водородом йод реагирует только при нагревании и не полностью, образуя йодоводород:
I 2 + H 2 = 2HI
3. Атомарный йод - 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 - :
I 2 + H 2 S = S + 2HI
4. При растворении в воде йод частично реагирует с ней:
I 2 + H 2 O ↔ HI + HIO, pK с =15.99
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:
Кошка бежала, хвостиком махнула. Это не сказка про курочку Рябу, а история открытия йода . Его обнаружили на парижском заводе, преобразующем натриевую селитру в калиевую. Первая отсыревала на воздухе, а вторая была дефицитом. Превращение происходило при помощи золы, остающейся от сжигания водорослей. Метод изобрели в 1808-ом году, но в чем его секрет не знали. Не знала этого и кошка, за которой погнались рабочие фабрики. опрокинуло два сосуда – с серной кислотой и остаточными солями производства. В воздух взметнулись фиолетовые пары. Это видел владелец завода Бернар Курт. Несколько опытов провел сам, потом передал информацию ученым. Итог – в 1814-ом году мир узнал о существовании нового элемента. Им стал йод . Химические и физические свойства йода Свойства йода обусвловлены его расположением в . Элемент зачислен в 7-ю группу. В ней собраны галогены – наиболее активные неметаллы. У йода, например, легко поляризуемая электронная оболочка. То есть, ей не стоит труда разделиться в пространстве. Это позволяет катионам других элементов проникать в атом неметалла, масса которого, кстати, 127. «Гости» в электронной оболочке меняют ее, делая йод наиболее ковалентным из всех галогенов. Проще говоря, элемент может образовывать больше разнообразных связей с другими атомами. Нередко йод поляризуется положительно. Такой атом наиболее активен. Выделяет его и цвет, тот самый фиолетовый. Атом йода занесенный в таблицу Менделеева – природный экземпляр. Это стабильный изотоп с атомной массой 127. Искусственно получены и другие атомы с номерами 125, 129, 131.
Каждый из них – радиоактивный йод . Изотопы излучают бета- и гамма-лучи, применяются в медицине. Получают радиоактивный йод из продуктов деления урана. То есть, лабораториями служат атомные реакторы. Стандартный йод можно совместить с большинством неметаллов и примерно 40% металлов. Благородные , , и не только, на 53-ий элемент не реагируют. Взаимодействие невозможно, так же, с , углеродом, кислородом и всеми инертными газами. Йод ли изучаете, или его соединения, можно определить с помощью воды. Чистый элемент в ней почти не растворяется. Йодиты же, то есть соединения вещества со щелочными и щелочноземельными атомами, растворимы. В исходном виде 53-ий элемент исчезает в воде лишь при сильном нагреве. Раствор йода легко получить, если использовать органику. Подойдут глицерин, сероуглерод или четыреххлористый углерод. Если растворитель бескислородный, он окрасится в фиолетовый. Если в жидкости есть атомы кислорода, йод сделает ее . В чистом виде, при комнатной температуре, йод фиолетово-черный. Блеск вещества металлический, агрегатное состояние – . Они плотные – почти 5 граммов на кубический сантиметр.
Кристаллы сложены из молекул, в каждой из которых по 2 атома. В газообразное состояние вещество переходит при температуре 183 градуса. Получение йода жидкого возможно уже при 114-ти по шкале Цельсия. Применение йода Соли йода используют в стекольной промышленности. Речь о фарах автомобилей и светильников со спецэффектами. Главный эффект – йодиты служат фильтрами от встречных лучей света. Водители знают, как важно, порой, их нейтрализовать. Этот процесс назван поляроидом и, собственно, впервые пригодился в фотографическом искусстве. Автор придумки – англичанин Уильям Толбот. Он был выдающимся химиком и физиком 19-го столетия. В 21-ом веке правят цифровые технологии. Тем не менее, чтобы получить негатив фото до сих пор применяют йодистую разновидность . В сочетании с желатином она дает эмульсию, которой обмазывают подложку из стекла. На покрытие попадает свет, начинается выделение . Больше света – больше металла. Так и составляется картинка. Йод применение нашел и в металлургии. Соединения элемента помогают получить металлы высокой чистоты. Разлагая йодиты термическим путем, промышленники извлекают, к примеру, ванадий и цирконий. Эти тугоплавкие элементы необходимы для многих ракетных сплавов и материй атомных реакторов. В автомобильных подшипниках тоже можно найти йод. Какой в нем смысл? Элемент добавляют в смазку. Она рекомендована для титановых и нержавеющей стали. Обработка позволяет деталям выдержать нагрузку в 50 раз больше стандартной. Это при том, что йода в смазке всего 1-2%.
Без 53-го элемента немыслима медицина. Йод в организме контролирует работу щитовидной железы, входит в вырабатываемые ей гормоны ТТГ, Т3 и Т4. При нехватке элемента развивается зоб, возможны раковые образования. При этом, организм не может выработать вещество сам. Йод поступает исключительно с пищей, БАДами и медикаментами. Из последних легко вспоминается «Йодомарин ». Его назначают даже грудным детям, особенно, в местностях удаленных от морей. В таких районах, как правило, наблюдается дефицит 53-го элемента, содержащегося, в основном, в водах океанов и их дарах. Одна из последних разработок врачей — синий йод . К нему примешен крахмал, меняющий цвет привычного раствора для наружного применения. Крахмал, так же, нейтрализует действие спирта и прочих вредных «присадок». Такой эликсир медики разрешают уже для внутреннего применения и для полоскания йодом . Хотя, с последним справится и смесь соль, сода, йод. Лечение йодом допускается не только в его стабильной, но и радиоактивной формах. Так 131-ый изотоп применяют для восстановления функций щитовидной железы. Процедуры строго нормированы, поскольку переизбыток радиоактивного йода может спровоцировать онкологию. Добыча йода Сколько йода добывают в год? Около 30 000 тонн. Мировые запасы элемента оценены почти в 15 000 000 тонн. Большинство из них скрыты в соединениях йода . В чистом виде он встречается редко. До сих пор актуален способ выделения вещества из природных накопителей – водорослей. В тонне высушенной ламинарии содержится 5 килограммов йода . Йод широко используется в медицине, хотя в чистом виде он практически не применяется. Йод - уникальное лекарственное вещество. Он определяет высокую биологическую активность и разностороннее действие лекарственных препаратов, и используют его в основном для изготовления различных лекарственных форм. Различают четыре группы препаратов йода:
Препараты, содержащие йод, обладают различными свойствами.
Препараты йода применяют наружно и внутрь: наружно используют как обеззараживающие, раздражающие и отвлекающие средства при воспалительных и других заболеваниях кожи и слизистых оболочек, внутрь - при атеросклерозе, хронических воспалительных процессах в дыхательных путях, при третичном сифилисе, для профилактики и лечения эндемического зоба, при хроническом отравлении ртутью и свинцом. В экспериментах высокие дозы йода использовались для лечения полиомиелита, вирусных заболеваний и некоторых болезней центральной нервной системы. К числу немногих специфически женских нарушений здоровья, вызванных гормональными расстройствами, при которых могут помогать препараты йода, правда, в большой дозировке, относятся фиброзно-кистозная мастопатия (заболевание молочной железы), эндометриоз (занос слизистой оболочки тела матки в различные ткани и органы) и фиброма матки (доброкачественная опухоль). Лечебное действие минерала обусловлено тем, что он помогает превращению эстрадиола - более активной и, возможно, вызывающей рак разновидности эстрогена (женского полового гормона), - в менее активный и более безопасный эстриол. В случае длительного применения препаратов йода, их передозировки и повышенной чувствительности к ним возможны явления йодизма (о нем речь пойдет ниже). Противопоказаниями к применению препаратов йода внутрь являются туберкулез легких, заболевания почек, фурункулы, угревая сыпь, хроническая пиодермия (гнойнички на коже), геморрагические диатезы, крапивница, хронический ринит, повышенная чувствительность к йоду. Препараты йода, относительно дешевые и доступные, применяемые с давних времен в качестве высокоэффективных лечебно-профилактических средств с самыми разными показаниями, не потеряли своей актуальности и сегодня. Йодом интересуются не только медики. Он нашел свое применение во многих отраслях человеческой деятельности.
Ученые раскрыли много тайн йода. Но, чтобы узнать все его свойства, нужна длительная исследовательская работа. |
