Jod - Iodine

Jod,  ₅₃ I

Jod
Wymowa	/ Aɪ ə d aɪ n , - d ɪ n , - d ı n / ( OKO -ə-dyna, -⁠din, -⁠deen )
Wygląd zewnętrzny	błyszczące metaliczne szare ciało stałe, czarno-fioletowa ciecz, fioletowy gaz
Średnia masa atomowa R std (I),	126.904 47 (3)
Jod w układzie okresowym
Wodór Hel Lit Beryl Bor Węgiel Azot Tlen Fluor Neon Sód Magnez Aluminium Krzem Fosfor Siarka Chlor Argon Potas Wapń Skand Tytan Wanad Chrom Mangan Żelazo Kobalt Nikiel Miedź Cynk Gal German Arsen Selen Brom Krypton Rubid Stront Itr Cyrkon Niob Molibden Technet Ruten Rod Paladium Srebro Kadm Ind Cyna Antymon Tellur Jod Ksenon Cez Bar Lantan Cer Prazeodym Neodym promet Samar Europ Gadolin Terb Dysproz Holmium Erb Tul Iterb Lutet Hafn Tantal Wolfram Ren Osm Iryd Platyna Złoto Rtęć (pierwiastek) Tal Ołów Bizmut Polon Astatin Radon Francium Rad Aktyn Tor Protaktyn Uran Neptun Pluton Ameryk Kiur Berkel Kaliforn Einsteina Ferm Mendelew Nobel Wawrzyńca Rutherford Dubnium Seaborgium Bohrium Hass Meitnerium Darmsztadt Rentgen Kopernik Nihon Flerow Moskwa Livermorium Tennessine Oganesson Br ↑ I ↓ At tellur ← jod → ksenon
Liczba atomowa ( Z )	53
Grupa	grupa 17 (halogeny)
Okres	okres 5
Blok	p-blok
Konfiguracja elektronów	[ Kr ] 4d 10 5s 2 5p 5
Elektrony na powłokę	2, 8, 18, 18, 7
Właściwości fizyczne
Faza w  STP	solidny
Temperatura topnienia	(I 2 ) 386,85  K (113,7 ° C, 236,66 ° F)
Temperatura wrzenia	(I 2 ) 457,4 K (184,3 ° C, 363,7 ° F)
Gęstość (w pobliżu  rt )	4,933 g / cm 3
Potrójny punkt	386,65 K, 12,1 kPa
Punkt krytyczny	819 K, 11,7 MPa
Ciepło stapiania	(I 2 ) 15,52  kJ/mol
Ciepło parowania	(I 2 ) 41,57 kJ/mol
Molowa pojemność cieplna	(I 2 ) 54,44 J/(mol·K)
Prężność pary (rombowa) P  (Pa) 1 10 100 1 tys 10 tys 100 tys w  T  (K) 260 282 309 342 381 457
Właściwości atomowe
Stany utleniania	−1 , +1 , +3 , +4, +5 , +6, +7 (silnie kwaśny tlenek)
Elektroujemność	Skala Paulinga: 2,66
Energie jonizacji
Promień atomowy	empiryczny: 140  pm
Promień kowalencyjny	139±3 po południu
Promień Van der Waalsa	198 po południu
Linie widmowe jodu
Inne właściwości
Naturalne występowanie	pierwotny
Struktura krystaliczna	rombowy
Przewodność cieplna	0,449 W/(m⋅K)
Rezystancja	1,3×10 7  Ω⋅m (przy 0°C)
Zamawianie magnetyczne	diamagnetyczny
Molowa podatność magnetyczna	-88,7 × 10 -6  cm 3 /mol (298 K)
Moduł objętościowy	7,7 GPa
Numer CAS	7553-56-2
Historia
Odkrycie i pierwsza izolacja	Bernard Courtois (1811)
Główne izotopy jodu
Izotop Obfitość Okres półtrwania ( t 1/2 ) Tryb zaniku Produkt 123 I syn 13 godzin ε , γ 123 Te 124 I syn 4,176 d ε 124 Te 125 I syn 59,40 dnia ε 125 Te 127 I 100% stabilny 129 I namierzać 1,57×10 7  lat β − 129 Xe 131 I syn 8.02070 d β − , γ 131 Xe 135 I syn 6.57 godz β − 135 Xe
Kategoria: Jod pogląd rozmowa edytować | Bibliografia

Jod jest pierwiastkiem chemicznym o symbolu I i liczbie atomowej 53. Najcięższy ze stabilnych halogenów , występuje jako półbłyszczące, niemetaliczne ciało stałe w standardowych warunkach, które topi się tworząc ciemnofioletową ciecz w 114 stopniach Celsjusza , oraz wrze do fioletowego gazu w 184 stopniach Celsjusza. Pierwiastek ten został odkryty przez francuskiego chemika Bernarda Courtois w 1811 roku, a dwa lata później został nazwany przez Josepha Louisa Gay-Lussaca , po greckim Ιώδης „fioletowy”.

Jod występuje na wielu stopniach utlenienia, w tym jodek (I ⁻ ), jodan ( IO⁻
₃) oraz różne aniony nadjodanowe . Jest to najmniej obfity ze stabilnych halogenów , będąc sześćdziesiątym pierwszym najobficiej występującym pierwiastkiem. Jest najcięższym niezbędnym składnikiem mineralnym . Jod jest niezbędny w syntezie hormonów tarczycy . Niedobór jodu dotyka około dwóch miliardów ludzi i jest główną przyczyną niepełnosprawności intelektualnej, której można zapobiegać .

Dominującymi producentami jodu są dziś Chile i Japonia . Jod i jego związki są przede wszystkim wykorzystywane w żywieniu . Ze względu na wysoką liczbę atomową i łatwość przyłączania się do związków organicznych znalazł również uznanie jako nietoksyczny materiał radiokontrastowy . Ze względu na specyfikę jego wychwytywania przez organizm człowieka, radioaktywne izotopy jodu mogą być również stosowane w leczeniu raka tarczycy . Jod jest również stosowany jako katalizator w przemysłowej produkcji kwasu octowego i niektórych polimerów .

Znajduje się na Liście Leków Podstawowych Światowej Organizacji Zdrowia .

Historia

W 1811 r. jod został odkryty przez francuskiego chemika Bernarda Courtois , który urodził się jako producent saletry (niezbędny składnik prochu strzelniczego ). W czasie wojen napoleońskich saletra cieszyła się dużym zainteresowaniem we Francji . Saletra produkowana z francuskich złóż azotanów wymagała węglanu sodu , który można było wyizolować z wodorostów zebranych na wybrzeżach Normandii i Bretanii . W celu wyizolowania węglanu sodu spalono wodorosty, a popiół przemyto wodą. Pozostałe odpady zniszczono przez dodanie kwasu siarkowego . Courtois dodał kiedyś nadmiar kwasu siarkowego i podniósł się obłok purpurowej pary. Zauważył, że para krystalizowała na zimnych powierzchniach, tworząc ciemne kryształy. Courtois podejrzewał, że ten materiał był nowym elementem, ale brakowało mu funduszy na dalsze jego rozwijanie.

Courtois przekazał próbki swoim przyjaciołom, Charlesowi Bernardowi Desormesowi (1777-1838) i Nicolasowi Clémentowi (1779-1841), aby kontynuować badania. Część tej substancji przekazał także chemikowi Josephowi Louisowi Gay-Lussacowi (1778-1850) oraz fizykowi André-Marie Ampère (1775-1836). W dniu 29 listopada 1813 roku Desormes i Clément upublicznili odkrycie Courtois. Opisali treść na spotkaniu Cesarskiego Instytutu Francji . 6 grudnia Gay-Lussac ogłosił, że nowa substancja jest albo pierwiastkiem, albo związkiem tlenu . Gay-Lussac zasugerował nazwę „jod” , od starożytnej greki ἰοειδής ( ioeides , „fiolet”), ze względu na kolor pary jodu. Ampère przekazał część swojej próbki angielskiemu chemikowi Humphry'emu Davy'emu (1778-1829), który eksperymentował z substancją i zauważył jej podobieństwo do chloru . Davy wysłał list z dnia 10 grudnia do Royal Society of London, stwierdzając, że zidentyfikował nowy element. Między Davy i Gay-Lussacem wybuchły spory o to, kto pierwszy zidentyfikował jod, ale obaj naukowcy uznali, że Courtois jako pierwszy wyizolował ten pierwiastek.

W 1873 roku francuski badacz medycyny Kazimierz Joseph Davaine (1812-1882) odkrył antyseptyczne działanie jodu. Antonio Grossich (1849–1926), urodzony na Istrii chirurg, jako jeden z pierwszych zastosował sterylizację pola operacyjnego. W 1908 r. wprowadził nalewkę jodową jako sposób na szybką sterylizację skóry ludzkiej na polu operacyjnym.

We wczesnych tablicach okresowych jodu często przypisywano symbol J , od nazwy Jod w języku niemieckim .

Nieruchomości

Opary jodu fioletowego w kolbie.

Jod jest czwartym halogenem , należącym do grupy 17 w układzie okresowym, poniżej fluoru , chloru i bromu ; jest najcięższym stabilnym członkiem swojej grupy. (Piąty i szósty halogen, radioaktywny astat i tennessyna , nie są dobrze zbadane ze względu na ich koszt i niedostępność w dużych ilościach, ale wydają się wykazywać różne niezwykłe właściwości dla grupy ze względu na efekty relatywistyczne ). Jod ma konfigurację elektronową [Kr] 4d ¹⁰ 5s ² 5p ⁵ , przy czym siedem elektronów w piątej i najbardziej zewnętrznej powłoce to jego elektrony walencyjne . Podobnie jak inne halogeny, brakuje mu jednego elektronu do pełnego oktetu, a zatem jest środkiem utleniającym, reagującym z wieloma pierwiastkami w celu uzupełnienia swojej zewnętrznej powłoki, chociaż zgodnie z okresowymi trendami jest najsłabszym środkiem utleniającym wśród stabilnych halogenów : ma najniższą elektroujemność wśród nich, zaledwie 2,66 w skali Paulinga (porównaj fluor, chlor i brom odpowiednio na 3,98, 3,16 i 2,96; astat kontynuuje trend z elektroujemnością 2,2). Jod pierwiastkowy tworzy zatem cząsteczki dwuatomowe o wzorze chemicznym I ₂ , w którym dwa atomy jodu dzielą parę elektronów, aby każdy z nich osiągnął dla siebie stabilny oktet; w wysokich temperaturach te dwuatomowe cząsteczki odwracalnie dysocjują parę atomów jodu. Podobnie, anion jodkowy I ⁻ jest najsilniejszym środkiem redukującym spośród trwałych halogenów, będąc najłatwiej utlenianym z powrotem do dwuatomowego I ₂ . (Astat idzie dalej, będąc rzeczywiście niestabilnym jak At ^- i łatwo utlenia się do At ⁰ lub At ⁺ , chociaż istnienie At ₂ nie jest ustalone.)

Halogeny ciemnieją w miarę schodzenia grupy: fluor jest bardzo bladożółty, chlor zielonkawo-żółty, brom jest czerwonawo-brązowy, a jod jest fioletowy.

Jod pierwiastkowy jest słabo rozpuszczalny w wodzie; jeden gram rozpuszcza się w 3450 ml w 20 °C i 1280 ml w 50 °C; jodek potasu może być dodany w celu zwiększenia rozpuszczalności poprzez tworzenie jonów trijodkowych , wśród innych polijodków. Rozpuszczalniki niepolarne, takie jak heksan i czterochlorek węgla, zapewniają wyższą rozpuszczalność. Roztwory polarne, takie jak roztwory wodne, są brązowe, co odzwierciedla rolę tych rozpuszczalników jako zasad Lewisa ; natomiast roztwory niepolarne mają kolor fioletowy, barwę pary jodu. Kompleksy z przeniesieniem ładunku tworzą się, gdy jod jest rozpuszczany w rozpuszczalnikach polarnych, co powoduje zmianę koloru. Jod jest fioletowy po rozpuszczeniu w czterochlorku węgla i nasyconych węglowodorach, ale ciemnobrązowy w alkoholach i aminach , rozpuszczalnikach tworzących addukty z przenoszeniem ładunku.

I ₂ • PPh ₃ kompleksy z przeniesieniem ładunku w CH ₂ Cl ₂ . Od lewej do prawej: (1) I ₂ rozpuszczony w dichlorometanie – bez kompleksu CT. (2) Kilka sekund po dodaniu nadmiaru PPh ₃ – tworzy się kompleks CT. (3) Minutę później po dodaniu nadmiaru PPh ₃ utworzył się kompleks CT [Ph ₃ PI] ⁺ I ⁻ . (4) Natychmiast po dodaniu nadmiaru I ₂ , który zawiera [Ph ₃ PI] ⁺ [I ₃ ] ⁻ .

Temperatury topnienia i wrzenia jodu są najwyższe wśród halogenów, zgodnie z tendencją wzrostową w dół grupy, ponieważ jod ma największą wśród nich chmurę elektronową, która jest najłatwiej polaryzowana, co powoduje, że jego cząsteczki mają najsilniejsze interakcje van der Waalsa. wśród halogenów. Podobnie jod jest najmniej lotny z halogenów, chociaż nadal można zaobserwować, że ciało stałe wydziela fioletową parę. Ze względu na tę właściwość jod jest powszechnie używany do wykazania sublimacji bezpośrednio ze ciała stałego do gazu , co prowadzi do błędnego przekonania, że ​​nie topi się pod ciśnieniem atmosferycznym . Ponieważ ma największy promień atomowy wśród halogenów, jod ma najniższą energię pierwszej jonizacji , najniższe powinowactwo elektronowe , najniższą elektroujemność i najniższą reaktywność halogenów.

Struktura stałego jodu

Wiązanie międzyhalogenowe w dijonie jest najsłabszym ze wszystkich halogenów. W związku z tym 1% próbki gazowego jodu pod ciśnieniem atmosferycznym ulega dysocjacji na atomy jodu w temperaturze 575°C. Aby fluor, chlor i brom uległy dysocjacji w podobnym stopniu, wymagane są temperatury wyższe niż 750 °C. Większość wiązań z jodem jest słabsza niż analogiczne wiązania z lżejszymi halogenami. Jod w postaci gazowej składa się z cząsteczek I ₂ o długości wiązania I–I wynoszącej 266,6 µm. Wiązanie I–I jest jednym z najdłuższych znanych wiązań pojedynczych. Jest jeszcze dłuższy (271,5 pm) w stałym rombowym krystalicznym jodze, który ma taką samą strukturę krystaliczną jak chlor i brom. (Rekord jest utrzymywany przez sąsiadujący z jodem ksenon : długość wiązania Xe–Xe wynosi 308,71 pm.) W związku z tym, w cząsteczce jodu, zachodzą znaczące interakcje elektronowe z dwoma najbliższymi sąsiadami każdego atomu, i te interakcje powodują wzrost, w masie jodu, do błyszczącego wyglądu i właściwości półprzewodnikowych . Jod jest dwuwymiarowym półprzewodnikiem o przerwie energetycznej 1,3 eV (125 kJ/mol): jest półprzewodnikiem w płaszczyźnie swoich warstw krystalicznych i izolatorem w kierunku prostopadłym.

Izotopy

Z trzydziestu siedmiu znanych izotopów jodu w przyrodzie występuje tylko jeden, jod-127. Inne są radioaktywne i mają zbyt krótkie okresy półtrwania, aby mogły być pierwotne . Jako taki, jod jest zarówno monoizotopowy, jak i mononuklidowy, a jego masa atomowa jest znana z wielką precyzją, ponieważ jest stałą natury.

Najdłużej żyjącym z radioaktywnych izotopów jodu jest jod-129 , którego okres półtrwania wynosi 15,7 miliona lat, rozpadając się w wyniku rozpadu beta do stabilnego ksenonu -129 . Trochę jodu-129 powstało wraz z jodem-127 przed uformowaniem się Układu Słonecznego, ale do tej pory całkowicie rozłożył się, czyniąc go wymarłym radionuklidem, który jest jednak nadal przydatny w datowaniu historii wczesnego Układu Słonecznego lub bardzo starego. wód podziemnych, ze względu na ich mobilność w środowisku. Jego dawną obecność można określić na podstawie nadmiaru jego córki ksenonu-129. Ślady jodu-129 istnieją do dziś, ponieważ jest on również nuklidem kosmogenicznym , powstałym z rozprysku atmosferycznego ksenonu promieniami kosmicznymi : te ślady stanowią ^10-14 do ^10-10 całego ziemskiego jodu. Występuje również w testach jądrowych na wolnym powietrzu i nie jest niebezpieczny ze względu na niewiarygodnie długi okres półtrwania, najdłuższy ze wszystkich produktów rozszczepienia. W szczytowym okresie testów termojądrowych w latach 60. i 70. jod-129 nadal stanowił tylko około ^10-7 całego jodu na ziemi. Stany wzbudzone jodu-127 i jodu-129 są często wykorzystywane w spektroskopii mössbauerowskiej .

Pozostałe radioizotopy jodu mają znacznie krótszy okres półtrwania, nie dłuższy niż dni. Niektóre z nich mają zastosowanie medyczne w tarczycy , gdzie jod dostający się do organizmu jest magazynowany i skoncentrowany. Jod-123 ma okres półtrwania trzynaście godzin i rozpada się przez wychwyt elektronów do telluru-123 , emitując promieniowanie gamma ; jest stosowany w obrazowaniu w medycynie nuklearnej , w tym w tomografii komputerowej z emisją pojedynczych fotonów (SPECT) i tomografii komputerowej rentgenowskiej (X-Ray CT). Jod-125 ma okres półtrwania pięćdziesiąt dziewięć dni, rozpadając się przez wychwytywanie elektronów do telluru-125 i emitując niskoenergetyczne promieniowanie gamma; drugi najdłużej żyjący radioizotop jodu, ma zastosowanie w testach biologicznych , obrazowaniu w medycynie nuklearnej oraz w radioterapii jako brachyterapia w leczeniu wielu schorzeń, w tym raka prostaty , czerniaków błony naczyniowej oka i guzów mózgu . Wreszcie, jod-131 , z okresem półtrwania wynoszącym osiem dni, beta rozpada się do wzbudzonego stanu stabilnego ksenonu-131, który następnie przechodzi w stan podstawowy, emitując promieniowanie gamma. Jest to powszechny produkt rozszczepienia i dlatego występuje w dużych ilościach w opadach radioaktywnych . Może następnie zostać wchłonięty przez skażoną żywność, a także gromadzić się w tarczycy. Gdy się rozpada, może spowodować uszkodzenie tarczycy. Podstawowym ryzykiem związanym z narażeniem na wysoki poziom jodu-131 jest możliwość wystąpienia radiogennego raka tarczycy w późniejszym życiu. Inne zagrożenia obejmują możliwość nienowotworowych narośli i zapalenia tarczycy .

Typowym sposobem ochrony przed negatywnymi skutkami jodu-131 jest nasycanie tarczycy stabilnym jodem-127 w postaci tabletek jodku potasu , przyjmowanych codziennie w celu optymalnej profilaktyki. Jednak jod-131 może być również stosowany w celach leczniczych w radioterapii właśnie z tego powodu, gdy pożądane jest zniszczenie tkanki po wchłonięciu jodu przez tkankę. Jod-131 jest również używany jako znacznik radioaktywny .

Chemia i związki

Jod jest dość reaktywny, ale jest znacznie mniej reaktywny niż inne halogeny. Na przykład, podczas gdy chlor gazowy będzie chlorowcować tlenek węgla , tlenek azotu i dwutlenek siarki (odpowiednio do fosgenu , chlorku nitrozylu i chlorku sulfurylu ), jod nie zrobi tego. Co więcej, jodowanie metali prowadzi do niższych stopni utlenienia niż chlorowanie lub bromowanie; na przykład metaliczny ren reaguje z chlorem, tworząc heksachlorek renu , ale z bromem tworzy tylko pięciobromek renu, a jod może uzyskać tylko czterojodek renu . Z tego samego powodu jednak, ponieważ jod ma najniższą energię jonizacji wśród halogenów i jest najłatwiej z nich utleniany, ma bardziej znaczący skład chemiczny kationów, a jego wyższe stopnie utlenienia są raczej bardziej stabilne niż bromu i chloru, ponieważ przykład w heptafluorku jodu .

I ₂ dysocjuje w świetle o absorbancji przy długości fali 578 nm.

Kompleksy z przeniesieniem ładunku

Cząsteczka jodu I ₂ , rozpuszcza się w CCl ₄ i węglowodorach alifatycznych, dając jasnofioletowe roztwory. W tych rozpuszczalnikach maksimum pasma absorpcji występuje w obszarze 520 – 540 nm i jest przypisane do przejścia π ^* do σ ^* . Kiedy I ₂ reaguje z zasadami Lewisa w tych rozpuszczalnikach, widoczne jest niebieskie przesunięcie piku I ₂ i powstaje nowy pik (230 – 330 nm), który jest spowodowany tworzeniem się adduktów, które są określane jako kompleksy z przeniesieniem ładunku.

Jodek wodorowy

Najprostszym związkiem jodu jest jodowodór HI. Jest to bezbarwny gaz, który reaguje z tlenem, dając wodę i jod. Chociaż jest przydatny w reakcjach jodowania w laboratorium, nie ma zastosowań przemysłowych na dużą skalę, w przeciwieństwie do innych halogenków wodoru. W handlu jest zwykle wytwarzany przez reakcję jodu z siarkowodorem lub hydrazyną :

2 I ₂ + N ₂ H ₄ H ₂ O⟶4 HI + N ₂

W temperaturze pokojowej jest gazem bezbarwnym, jak wszystkie halogenki wodoru z wyjątkiem fluorowodoru , ponieważ wodór nie może tworzyć silnych wiązań wodorowych z dużym i tylko umiarkowanie elektroujemnym atomem jodu. Topi się w temperaturze -51,0 °C i wrze w temperaturze -35,1 °C. Jest to związek endotermiczny , który może egzotermicznie dysocjować w temperaturze pokojowej, chociaż proces jest bardzo powolny, chyba że obecny jest katalizator : reakcja między wodorem i jodem w temperaturze pokojowej prowadząca do jodowodu nie przebiega do końca. Energia dysocjacji wiązania H–I jest również najmniejszym z halogenków wodoru, przy 295 kJ/mol.

Wodorowodór wodny jest znany jako kwas jodowodorowy , który jest silnym kwasem. Jodowodór jest wyjątkowo rozpuszczalny w wodzie: jeden litr wody rozpuści 425 litrów jodowodoru, a nasycony roztwór ma tylko cztery cząsteczki wody na cząsteczkę jodowodoru. Handlowy tak zwany „skoncentrowany” kwas jodowodorowy zawiera zwykle 48-57% HI masowo; roztwór tworzy azeotrop o temperaturze wrzenia 126,7°C przy 56,7 g HI na 100 g roztworu. Stąd kwas jodowodorowy nie może być zatężony powyżej tego punktu przez odparowanie wody.

W przeciwieństwie do fluorowodoru , bezwodny ciekły jodowodór jest trudny do pracy z rozpuszczalnikiem, ponieważ jego temperatura wrzenia jest niska, ma mały zakres płynów, jego stała dielektryczna jest niska i nie dysocjuje wyraźnie na H ₂ I ⁺ i HI⁻
₂jony – te ostatnie w każdym razie są znacznie mniej stabilne niż jony wodorofluorkowe ( HF⁻
₂) ze względu na bardzo słabe wiązania wodorowe między wodorem a jodem, chociaż jego sole o bardzo dużych i słabo polaryzujących kationach, takich jak Cs ⁺ i NR⁺
₄(R = Me , Et , tBu ^N ) wciąż może być izolowane. Bezwodny jodowodór jest rozpuszczalnikiem słabym, zdolnym do rozpuszczania tylko związków o małej masie cząsteczkowej, takich jak chlorek nitrozylu i fenol , lub soli o bardzo niskich energiach sieci, takich jak halogenki tetraalkiloamoniowe.

Inne jodki binarne

Prawie wszystkie pierwiastki w układzie okresowym tworzą jodki binarne. Wyjątki są zdecydowanie w mniejszości i wynikają w każdym przypadku z jednej z trzech przyczyn: skrajnej bezwładności i niechęci do udziału w reakcjach chemicznych ( gazy szlachetne ); ekstremalna niestabilność jądrowa utrudniająca badania chemiczne przed rozpadem i transmutacją (wiele z najcięższych pierwiastków poza bizmutem ); i mają elektroujemność wyższą niż jodu ( tlen , azot i pierwsze trzy halogeny), tak że powstałe związki dwuskładnikowe formalnie nie są jodkami, ale raczej tlenkami, azotkami lub halogenkami jodu. (Niemniej trijodek azotu jest nazywany jodkiem, ponieważ jest analogiczny do innych trihalogenków azotu.)

Biorąc pod uwagę duże rozmiary anionu jodkowego i słabą zdolność utleniania jodu, wysokie stany utlenienia są trudne do osiągnięcia w jodkach binarnych, przy czym maksimum znane jest w przypadku pentajodków niobu , tantalu i protaktynu . Jodki można wytworzyć w reakcji pierwiastka lub jego tlenku, wodorotlenku lub węglanu z kwasem jodowodorowym, a następnie odwodnić w umiarkowanie wysokich temperaturach w połączeniu z niskociśnieniowym lub bezwodnym gazowym jodowodorem. Metody te działają najlepiej, gdy produkt jodkowy jest odporny na hydrolizę; w przeciwnym razie możliwości obejmują jodowanie pierwiastka w wysokiej temperaturze jodem lub jodowodorem, jodowanie tlenku metalu lub innego halogenku w wysokiej temperaturze jodem, lotny halogenek metalu, czterojodek węgla lub jodek organiczny. Na przykład, tlenek molibdenu(IV) reaguje z jodkiem glinu(III) w 230 °C dając jodek molibdenu(II) . Poniżej podano przykład wymiany halogenu, obejmujący reakcję chlorku tantalu(V) z nadmiarem jodku glinu(III) w temperaturze 400 °C, w wyniku której otrzymuje się jodek tantalu(V) :

${\ Displaystyle {\ ce {3TaCl5 + {\ zaniżone {(nadmiar)} {5AlI3}} -> 3TaI5 + 5AlCl3}}}$

Niższe jodki mogą być wytwarzane albo przez rozkład termiczny lub dysproporcjonowanie, albo przez redukcję wyższego jodku wodorem lub metalem, na przykład:

${\displaystyle {\ce {TaI5{}+Ta->[{\tekst{gradient termiczny}}][{\ce {630^{\circ}C\ ->\575^{\circ}C}}] Ta6I14}}}$

Większość jodków metali sprzed przejścia (grupy 1, 2 i 3, wraz z lantanowcami i aktynowcami na +2 i +3) stopniach utlenienia jest głównie jonowych, podczas gdy niemetale mają tendencję do tworzenia kowalencyjnych jodków molekularnych, podobnie jak metale na wysokim stopniu utlenienia od +3 i powyżej. Jodki jonowe MI _n mają zwykle najniższe temperatury topnienia i wrzenia wśród halogenków MX _n tego samego pierwiastka, ponieważ siły elektrostatyczne przyciągania między kationami i anionami są najsłabsze dla dużego anionu jodkowego. W przeciwieństwie do tego, jodki kowalencyjne mają zamiast tego najwyższe temperatury topnienia i wrzenia wśród halogenków tego samego pierwiastka, ponieważ jod jest najbardziej polaryzowalny z halogenów i mając najwięcej elektronów może w największym stopniu przyczyniać się do sił van der Waalsa. . Oczywiście wyjątki obfitują w jodki pośrednie, w których jeden trend ustępuje drugiemu. Podobnie rozpuszczalność w wodzie głównie jodków jonowych (np. potasu i wapnia ) jest największa wśród halogenków jonowych tego pierwiastka, a najniższa jodków kowalencyjnych (np. srebra ). W szczególności jodek srebra jest bardzo nierozpuszczalny w wodzie, a jego powstawanie jest często wykorzystywane jako test jakościowy jodu.

Halogenki jodu

Halogeny wytwarzania wielu binarny, diamagnetycznych interhalogen związki o stechiometrii XY XY ₃ , XY ₅ i XY ₇ (gdzie X jest cięższy niż Y) i jodu wyjątkiem. Jod tworzy wszystkie trzy możliwe dwuatomowe międzyhalogeny, trifluorek i trichlorek, a także pentafluorek i, wyjątkowo wśród halogenów, heptafluorek. Scharakteryzowano również liczne pochodne kationowe i anionowe, takie jak wino czerwone lub jasnopomarańczowe związki ICl⁺
₂a ciemno brązowy lub purpurowo czarne związki I ₂ Cl ⁺ . Oprócz nich znane są również niektóre pseudohalogenki , takie jak cyjanojodek (ICN), tiocyjanian jodu (ISCN) i azydek jodu (IN ₃ ).

Monochlorek jodu

Monofluorek jodu (IF) jest niestabilny w temperaturze pokojowej i bardzo łatwo i nieodwracalnie dysproporcjonuje do jodu i pentafluorku jodu , a zatem nie można go otrzymać w stanie czystym. Można go zsyntetyzować w reakcji jodu z gazowym fluorem w trichlorofluorometanie w -45°C, z trifluorkiem jodu w trichlorofluorometanie w -78°C lub z fluorkiem srebra(I) w 0°C. Umiarkowanie stabilne są natomiast monochlorek jodu (ICl) i monobromek jodu (IBr). Ten pierwszy, lotny czerwono-brązowy związek, został odkryty niezależnie przez Josepha Louisa Gay-Lussaca i Humphry'ego Davy'ego w latach 1813-184 niedługo po odkryciu chloru i jodu i tak dobrze naśladuje pośredni chlorowiec, że Justus von Liebig był pomylił brom (który znalazł) z monochlorkiem jodu. Monochlorek jodu i monobromek jodu można wytworzyć po prostu w reakcji jodu z chlorem lub bromem w temperaturze pokojowej i oczyścić metodą krystalizacji frakcyjnej . Oba są dość reaktywne i atakują nawet platynę i złoto , choć nie bor , węgiel , kadm , ołów , cyrkon , niob , molibden i wolfram . Ich reakcja ze związkami organicznymi zależy od warunków. Pary chlorku jodu mają tendencję do chlorowania fenolu i kwasu salicylowego , ponieważ podczas homolitycznej dysocjacji chlorek jodu powstaje chlor i jod, który jest bardziej reaktywny. Jednak chlorek jodu w roztworze tetrachlorometanu powoduje, że główną reakcją jest jodowanie, ponieważ teraz dochodzi do heterolitycznego rozszczepienia wiązania I–Cl i I ⁺ atakuje fenol jako elektrofil. Jednak monobromek jodu ma tendencję do bromowania fenolu nawet w roztworze tetrachlorometanu, ponieważ ma tendencję do dysocjacji na swoje pierwiastki w roztworze, a brom jest bardziej reaktywny niż jod. W stanie ciekłym monochlorek jodu i monobromek jodu dysocjują do I
₂x⁺
i IX⁻
₂aniony (X = Cl, Br); dlatego są ważnymi przewodnikami elektryczności i mogą być stosowane jako rozpuszczalniki jonizujące.

Trifluorek jodu (IF ₃ ) jest niestabilnym żółtym ciałem stałym, które rozkłada się w temperaturze powyżej -28°C. Jest więc mało znany. Jest to trudne do wytworzenia, ponieważ gazowy fluor miałby tendencję do utleniania jodu aż do pięciofluorku; konieczna jest reakcja w niskiej temperaturze z difluorkiem ksenonu . Trichlorek jodu , który występuje w stanie stałym jako planarny dimer I ₂ Cl ₆ , jest jasnożółtym ciałem stałym, syntetyzowanym w reakcji jodu z ciekłym chlorem w temperaturze -80 °C; należy zachować ostrożność podczas oczyszczania, ponieważ łatwo dysocjuje do monochlorku jodu i chloru, a zatem może działać jako silny środek chlorujący. Ciekły trichlorek jodu przewodzi prąd, prawdopodobnie wskazując na dysocjację do ICl⁺
₂i ICI⁻
₄ jony.

Pentafluorek jodu (IF ₅ ), bezbarwna, lotna ciecz, jest najbardziej stabilnym termodynamicznie fluorkiem jodu i można go otrzymać w reakcji jodu z gazowym fluorem w temperaturze pokojowej. Jest środkiem fluorującym, ale jest na tyle łagodny, że można go przechowywać w szklanych aparatach. Ponownie, w stanie ciekłym występuje niewielka przewodność elektryczna z powodu dysocjacji do IF⁺
₄i JEŚLI⁻
₆. Pięciokątny bipiramidalną jodu heptafluoride (IF ₇ ) jest niezwykle silny środek fluorujący, za jedyny trifluorku chloru , pentafluorku chloru i bromu pentafluorku między interhalogens: reaguje z niemal wszystkimi elementami, nawet w niskich temperaturach, fluorinates Pyrex szkła tworząc jodu ( VII) tlenofluorek (IOF ₅ ) i podpala tlenek węgla.

Tlenki jodu i kwasy tlenowe

Struktura pięciotlenku jodu

Tlenki jodu są najbardziej stabilne ze wszystkich tlenków halogenowych, ze względu na silne wiązania I–O wynikające z dużej różnicy elektroujemności między jodem a tlenem i są znane od najdłużej. Trwały, biały, higroskopijny pięciotlenek jodu (I ₂ O ₅ ) jest znany od czasu jego powstania w 1813 roku przez Gay-Lussaca i Davy'ego. Najłatwiej powstaje przez odwodnienie kwasu jodowego (HIO ₃ ), którego jest bezwodnikiem. Szybko i całkowicie utleni tlenek węgla do dwutlenku węgla w temperaturze pokojowej, a zatem jest użytecznym odczynnikiem do określania stężenia tlenku węgla. Utlenia również tlenek azotu, etylen i siarkowodór . Reaguje z trójtlenkiem siarki i difluorkiem peroksydisulfurylowym (S ₂ O ₆ F ₂ ) tworząc sole kationu jodylowego [IO ₂ ] ⁺ i jest redukowany stężonymi kwasami siarkowymi do soli jodozylowych z udziałem [ IO ] ⁺ . Może to być fluorowane fluoru, bromu trifluorku, tetrafluorek siarki lub fluorek chloryl , powodując pentafluorku jodu, które również reaguje z pięciotlenkiem jodu, dając jodu (V) tlenofluorku, iof ₃ . Kilka innych tlenków mniej stabilne są znane głównie I ₄ O ₉ i ₂ O ₄ ; ich struktury nie zostały określone, ale uzasadnione przypuszczenia to odpowiednio I ^III (I ^V O ₃ ) ₃ i [IO] ⁺ [IO ₃ ] ⁻ .

Ważniejsze są cztery kwasy tlenowe: kwas podjodowy (HIO), kwas jodowy (HIO ₂ ), kwas jodowy (HIO ₃ ) i kwas nadjodowy (HIO ₄ lub H ₅ IO ₆ ). Gdy jod rozpuszcza się w roztworze wodnym, zachodzą następujące reakcje:

I 2 + H 2 O	⇌ HIO + H + + I −	K ac = 2,0 × 10 −13 mol 2 l −2
I 2 + 2 OH −	⇌ IO − + H 2 O + I −	K Alk = 30 mol -1 l

Kwas podjodowy jest niestabilny do dysproporcjonowania. Tak utworzone jony podjodowe natychmiast stają się nieproporcjonalne, dając jodek i jodan:

3 IO − ⇌ 2 I − + IO− 3

K = 10 20

Kwas jodowy i jodek są jeszcze mniej stabilne i występują tylko jako przelotny produkt pośredni w utlenianiu jodku do jodanu, jeśli w ogóle. Zdecydowanie najważniejszymi z tych związków są jodany, które można wytwarzać przez utlenianie jodków metali alkalicznych tlenem w temperaturze 600 °C i pod wysokim ciśnieniem lub przez utlenianie jodu chloranami . W przeciwieństwie do chloranów, które bardzo powoli dysproporcjonują, tworząc chlorki i nadchlorany, jodany są odporne na dysproporcjonowanie zarówno w roztworach kwaśnych, jak i zasadowych. Z nich można otrzymać sole większości metali. Kwas jodowy najłatwiej wytwarza się przez utlenianie wodnej zawiesiny jodu przez elektrolizę lub dymiący kwas azotowy . Jodat ma najsłabszą moc utleniającą spośród halanów, ale reaguje najszybciej.

Znanych jest wiele nadjodanów, w tym nie tylko oczekiwany czworościenny IO⁻
₄, ale także kwadratowo-piramidowy IO^3-
₅, oktaedryczny ortoperiodat IO^5-
₆, [IO ₃ (OH) ₃ ] ^2- , [I ₂ O ₈ (OH ₂ )] ^4- , i I
₂O^4-
₉. Są one zwykle wytwarzane przez utlenianie alkalicznego jodanu sodu elektrochemicznie (z tlenkiem ołowiu(IV) jako anodą) lub za pomocą gazowego chloru:

IO⁻
₃+ 6 OH ⁻ → IO^5-
₆+ 3 H ₂ O + 2 e ⁻

IO⁻
₃+ 6 OH ⁻ + Cl ₂ → IO^5-
₆+ 2 Cl ⁻ + 3 H ₂ O

Są silnymi termodymicznie i kinetycznie utleniaczami, szybko utleniającymi Mn ²⁺ do MnO⁻
₄oraz rozszczepiające glikole , α- diketony , α- ketole , α- aminoalkohole i α- diaminy . Ortopejodat szczególnie stabilizuje wysokie stany utlenienia metali ze względu na bardzo wysoki ładunek ujemny -5. Kwas ortopeodowy , H ₅ IO ₆ , jest stabilny i odwadnia się w temperaturze 100 ° C w próżni do kwasu metanadjodowego , HIO ₄ . Próba pójścia dalej nie prowadzi do nieistniejącego hepttlenku jodu (I ₂ O ₇ ), ale raczej do pięciotlenku jodu i tlenu. Kwas nadjodowy może być protonowany kwasem siarkowym, dając I (OH)⁺
₆kation, izoelektroniczny do Te(OH) ₆ i Sb(OH)⁻
₆i dając sole z wodorosiarczanem i siarczanem.

Związki polijodowe

Gdy jod rozpuszcza się w mocnych kwasach, takich jak dymiący kwas siarkowy, jasny niebieski paramagnetyczny roztwór zawierający I⁺
₂powstają kationy. Stałą sól kationu dijodu można otrzymać przez utlenienie jodu pentafluorkiem antymonu :

2 I ₂ + 5 SbF ₅ SO ₂⟶20°C2 I ₂ Sb ₂ M ₁₁ + SbF ₃

Sól I ₂ Sb ₂ F ₁₁ jest ciemno niebieska, a niebieski tantal analogowe ₂ Ta ₂ F ₁₁ jest również znane. Natomiast długość wiązania I–I w I ₂ wynosi 267 pm, to w I⁺
₂wynosi tylko 256 pm, ponieważ brakujący elektron w tym ostatnim został usunięty z orbitalu antywiążącego, dzięki czemu wiązanie jest silniejsze, a tym samym krótsze. W roztworze kwasu fluorosiarkowego , ciemnoniebieski I⁺
₂odwracalnie dimeryzuje poniżej -60 ° C, tworząc czerwony prostokątny diamagnetyczny I²⁺
₄. Inne kationy polijodowe nie są tak dobrze scharakteryzowane, w tym wygięte ciemnobrązowe lub czarne I⁺
₃i centrosymetryczne C _{2 h} zielone lub czarne I⁺
₅, znany w AsF⁻
₆i AlCl⁻
₄ sole m.in.

Jedynym ważnym anionem polijodkowym w roztworze wodnym jest liniowy trijodek , I⁻
₃. Jej powstanie wyjaśnia, dlaczego rozpuszczalność jodu w wodzie można zwiększyć przez dodanie roztworu jodku potasu:

ja ₂ + ja ⁻ ⇌ ja⁻
₃( K _eq = ~700 w 20 °C)

Wiele innych polijodków można znaleźć, gdy krystalizują roztwory zawierające jod i jodek, takie jak I⁻
₅, ja⁻
₉, ja^2-
₄, a ja²
₈, którego sole z dużymi, słabo polaryzującymi kationami, takimi jak Cs ^+, mogą zostać wyizolowane.

Związki jodoorganiczne

Struktura środka utleniającego Kwas 2-jodoksybenzoesowy

Związki Organoiodine być fundamentalna w rozwoju syntezy organicznej, takie jak na eliminacji Hofmanna z aminami , tym syntezy eteru Williamsona The reakcji sprzęgania Wurtza i w odczynnikami Grignarda .

Węgla wiązanie -jod jest powszechną grupę funkcyjną, która tworzy część rdzenia chemii organicznej ; formalnie związki te można uważać za organiczne pochodne anionu jodkowego. Najprostsze związki jodoorganiczne, jodki alkilowe , można zsyntetyzować w reakcji alkoholi z trójjodkiem fosforu ; można je następnie wykorzystać w reakcjach podstawienia nukleofilowego lub do przygotowania odczynników Grignarda . Wiązanie C–I jest najsłabsze ze wszystkich wiązań węgiel-halogen ze względu na niewielką różnicę elektroujemności między węglem (2,55) a jodem (2,66). Jako taki, jodek jest najlepszą grupą opuszczającą wśród halogenów, do tego stopnia, że ​​wiele związków jodoorganicznych żółknie podczas przechowywania z powodu rozkładu do pierwiastkowego jodu; jako takie są powszechnie stosowane w syntezie organicznej , ze względu na łatwe tworzenie i rozszczepianie wiązania C–I. Są również znacznie gęstsze niż inne związki organohalogenowe dzięki wysokiej masie atomowej jodu. Kilka organiczne środki utleniające, takie jak na iodanes zawiera jod w wyższym stopniu utlenienia niż -1, takich jak kwas 2-jodoksybenzoesowym , wspólną reagentem do utleniania alkoholi do aldehydów , a jodobenzenu dichlorku (PhICl ₂ ), stosowany do selektywnego chlorowania z alkenów i alkinów . Jednym z bardziej znanych zastosowań związków jodoorganicznych jest tak zwany test jodoformowy , w którym jodoform (CHI ₃ ) jest wytwarzany przez wyczerpujące jodowanie ketonu metylowego (lub innego związku zdolnego do utlenienia do ketonu metylowego), jak następuje:

Niektóre wady stosowania związków jodoorganicznych w porównaniu ze związkami chloroorganicznymi lub bromoorganicznymi to większy koszt i toksyczność pochodnych jodu, ponieważ jod jest drogi, a związki jodoorganiczne są silniejszymi środkami alkilującymi. Na przykład, jodoacetamid i kwas jodooctowy denaturują białka przez nieodwracalne alkilowanie reszt cysteiny i zapobieganie ponownemu tworzeniu wiązań dwusiarczkowych .

Wymiana halogenu w celu wytworzenia jodoalkanów w reakcji Finkelsteina jest nieco skomplikowana przez fakt, że jodek jest lepszą grupą opuszczającą niż chlorek lub bromek. Różnica jest jednak na tyle mała, że ​​reakcję można doprowadzić do końca, wykorzystując zróżnicowaną rozpuszczalność soli halogenkowych lub stosując duży nadmiar soli halogenkowej. W klasycznej reakcji Finkelsteina chlorek alkilu lub bromek alkilu przekształca się w jodek alkilu przez traktowanie roztworem jodku sodu w acetonie . Jodek sodu jest rozpuszczalny w acetonie, a chlorek sodu i bromek sodu nie. Reakcja jest kierowana w kierunku produktów przez działanie masowe z powodu wytrącania się nierozpuszczalnej soli.

Występowanie i produkcja

Jod jest najmniej obfity ze stabilnych halogenów, zawiera tylko 0,46  części na milion skał skorupy ziemskiej (porównaj: fluor 544 ppm, chlor 126 ppm, brom 2,5 ppm). Wśród 84 pierwiastków, które występują w znacznych ilościach (pierwiastki 1–42, 44–60, 62–83 i 90–92), zajmuje 61. miejsce pod względem liczebności. Minerały jodkowe są rzadkie, a większość złóż, które są wystarczająco skoncentrowane do ekonomicznego wydobycia, to zamiast tego minerały jodowe . Przykłady obejmują lautarite , Ca (IO ₃ ) ₂ , i dietzeite , 7Ca (IO ₃ ) ₂ · 8CaCrO ₄ . Są to minerały, które występują jako śladowe zanieczyszczenia w kalczu występującym w Chile , którego głównym produktem jest azotan sodu . Łącznie mogą zawierać co najmniej 0,02% i co najwyżej 1% masowo jodu. Jodan sodu jest ekstrahowany z kalicza i redukowany do jodku za pomocą wodorosiarczynu sodu . Roztwór ten poddaje się następnie reakcji ze świeżo wyekstrahowanym jodanem, w wyniku czego następuje proporcjonalność do jodu, który można odfiltrować.

Kalisz był głównym źródłem jodu w XIX wieku i nadal jest ważny do dziś, zastępując wodorosty (które nie są już ekonomicznie opłacalnym źródłem), ale pod koniec XX wieku pojawiły się solanki jako porównywalne źródło. Dwa największe tego typu źródła to japońskie złoże gazowe Minami Kanto na wschód od Tokio oraz amerykańskie złoże gazowe w basenie Anadarko w północno-zachodniej Oklahomie . Solanka ma temperaturę wyższą niż 60 °C z głębokości źródła. Solanka najpierw oczyszcza się i zakwasza kwasem siarkowym , a następnie jodek obecny utlenia się jodem z chlorem . Powstaje roztwór jodu, ale jest on rozcieńczony i musi być zatężony. Powietrze jest wdmuchiwane do roztworu w celu odparowania jodu, który przechodzi do wieży absorpcyjnej, gdzie dwutlenek siarki redukuje jod. Jodowodór (HI) poddaje się reakcji z chlorem w celu strącenia jodu. Po przefiltrowaniu i oczyszczeniu jod jest pakowany.

2 HI + Cl ₂ → I ₂ ↑ + 2 HCl

I ₂ + 2 H ₂ O + SO ₂ → 2 HI + H ₂ SO ₄

2 HI + Cl ₂ → I ₂ ↓ + 2 HCl

Źródła te zapewniają, że Chile i Japonia są dziś największymi producentami jodu. Alternatywnie, solankę można potraktować azotanem srebra w celu wytrącenia jodu w postaci jodku srebra , który następnie rozkłada się w reakcji z żelazem z wytworzeniem metalicznego srebra i roztworu jodku żelaza(II) . Jod może być następnie uwolniony przez wypieranie z chlorem .

Aplikacje

Około połowa całego produkowanego jodu trafia do różnych związków jodoorganicznych, kolejne 15% pozostaje jako czysty pierwiastek, kolejne 15% jest wykorzystywane do tworzenia jodku potasu , a kolejne 15% do innych nieorganicznych związków jodu. Wśród głównych zastosowań związków jodu są katalizatory , dodatki do pasz dla zwierząt, stabilizatory, barwniki, barwniki i pigmenty, farmaceutyka, sanitacja (z nalewki jodowej ) i fotografia; drobne zastosowania obejmują hamowanie smogu, zasiewanie chmur i różne zastosowania w chemii analitycznej.

Analiza chemiczna

Testowanie nasion na skrobię roztworem jodu

Aniony jodkowe i jodanowe są często wykorzystywane do ilościowej analizy objętościowej, na przykład w jodometrii . Jod i skrobia tworzą niebieski kompleks, a ta reakcja jest często wykorzystywana do testowania skrobi lub jodu oraz jako wskaźnik w jodometrii . Test jodowy na skrobię jest nadal używany do wykrywania fałszywych banknotów wydrukowanych na papierze zawierającym skrobię.

Wartość jodowa to masa jodu w gramach, która jest spożywana przez 100 gramów substancji chemicznej, zazwyczaj tłuszczów lub olejów. Liczby jodowe są często używane do określenia ilości nienasycenia w kwasach tłuszczowych . To nienasycenie ma postać wiązań podwójnych , które reagują ze związkami jodu. W biologii kwas linolowy (C18:2 n-6), omega-6 i alfa-linolenowy (C18:3 n-3) omega-3, kwas arachidonowy (AA) – omega-6 (C20:4n-6), oraz kwas dokozaheksaenowy (DHA) – omega-3 (C22:6n-3) syntetyzowany z jodolipidami jodolipidowymi wykształconymi wśród błon komórkowych podczas ewolucji życia, ważny w mechanizmie apoptozy , kancerogenezy i chorób zwyrodnieniowych .

Tetraiodomercurate (II) potasu K ₂ HGI ₄ , znana jest również jako odczynnika Nesslera. Jest często używany jako czuły test punktowy na amoniak . Podobnie, Cu ₂ HGI ₄ stosuje się jako odczynnik do testów strącającego do alkaloidów . W teście jodoformowym dla ketonów metylowych stosuje się wodny alkaliczny roztwór jodu.

Spektroskopia

Widma cząsteczki jodu I ₂ składają się (nie tylko) z dziesiątek tysięcy ostrych linii widmowych w zakresie długości fal 500–700 nm. Jest to zatem powszechnie stosowany wzorzec długości fali (standard wtórny). Pomiar za pomocą spektroskopowej techniki bez Dopplera , skupiając się na jednej z tych linii, ujawnia nadsubtelną strukturę cząsteczki jodu. Linia jest teraz rozwiązywana w taki sposób, że można zmierzyć albo 15 składników (z parzystych rotacyjnych liczb kwantowych, J _parzyste ), albo 21 składników (z nieparzystych rotacyjnych liczb kwantowych, J _nieparzyste ).

Jodek cezu i jodek sodu domieszkowany talem są stosowane w scyntylatorach krystalicznych do wykrywania promieni gamma. Wydajność jest wysoka i możliwa jest spektroskopia dyspersyjna energii, ale rozdzielczość jest raczej słaba.

Medycyna

Jod pierwiastkowy

Jod pierwiastkowy jest stosowany jako środek antyseptyczny jako pierwiastek lub jako rozpuszczalny w wodzie anion trójjodkowy I ₃ ⁻ wytwarzany in situ przez dodanie jodku do słabo rozpuszczalnego w wodzie pierwiastkowego jodu (odwrotna reakcja chemiczna sprawia, że ​​część wolnego jodu pierwiastkowego jest dostępna do antyseptyki) . Jod pierwiastkowy może być również stosowany w leczeniu niedoboru jodu .

Alternatywnie, jod może być wytwarzany z jodoforów , które zawierają jod skompleksowany ze środkiem solubilizującym (jon jodkowy można traktować luźno jako jodofor w wodnych roztworach trijodków). Przykłady takich preparatów obejmują:

• Nalewka jodowa : jod w etanolu lub jod i jodek sodu w mieszaninie etanolu i wody.
• Jod Lugola : jod i jodek w samej wodzie, tworzący głównie trójjodek. W przeciwieństwie do nalewki jodowej, jod Lugola zawiera zminimalizowaną ilość wolnego jodu (I ₂ ).
• Jod powidonu ( jodofor ).

Działanie przeciwbakteryjne jodu jest szybkie i działa w niskich stężeniach, dzięki czemu znajduje zastosowanie w salach operacyjnych. Jego specyficzny sposób działania jest nieznany. Wnika do mikroorganizmów i atakuje określone aminokwasy (takie jak cysteina i metionina ), nukleotydy i kwasy tłuszczowe , co ostatecznie prowadzi do śmierci komórki . Ma również działanie przeciwwirusowe , ale wirusy nielipidowe i parwowirusy są mniej wrażliwe niż wirusy z otoczką lipidową. Jod prawdopodobnie atakuje białka powierzchniowe wirusów otoczkowych , a także może destabilizować błonowe kwasy tłuszczowe poprzez reakcję z nienasyconymi wiązaniami węglowymi .

Inne preparaty

W medycynie w leczeniu ostrej tyreotoksykozy stosuje się nasycony roztwór jodku potasu . Jest również stosowany do blokowania wychwytu jodu-131 w tarczycy (patrz sekcja izotopy powyżej), gdy izotop ten jest stosowany jako część radiofarmaceutyków (takich jak jobenguan ), które nie są ukierunkowane na tarczycę lub tkanki typu tarczycy.

Jod-131 (zwykle w postaci jodku) jest składnikiem opadu jądrowego i jest szczególnie niebezpieczny ze względu na skłonność tarczycy do koncentracji spożytego jodu i zatrzymywania go przez okres dłuższy niż radiologiczny okres półtrwania tego izotopu wynoszący osiem dni. Z tego powodu osoby narażone na działanie promieniotwórczego jodu w środowisku (jod-131) podczas opadu mogą zostać poinstruowane, aby przyjmowały nieradioaktywne tabletki jodku potasu. Typowa dawka dla dorosłych to jedna tabletka 130 mg na 24 godziny, dostarczająca 100 mg (100 000 mikrogramów ) jonowego jodu. (Typowa dzienna dawka jodu dla normalnego stanu zdrowia wynosi około 100 mikrogramów; patrz „Dietetyczne spożycie” poniżej.) Spożycie tej dużej dawki nieradioaktywnego jodu minimalizuje wychwyt radioaktywnego jodu przez tarczycę.

Kwas diatryzowy , środek kontrastowy zawierający jod

Jako pierwiastek o dużej gęstości elektronowej i liczbie atomowej, jod pochłania promienie rentgenowskie słabsze niż 33,3 keV ze względu na efekt fotoelektryczny najgłębszych elektronów. Związki Organoiodine stosuje się iniekcję dożylną rentgenowskich radiocontrast agentów. Ta aplikacja jest często połączona z zaawansowanymi technikami rentgenowskimi, takimi jak angiografia i tomografia komputerowa . Obecnie wszystkie rozpuszczalne w wodzie środki kontrastowe opierają się na jodze.

Inni

Produkcja dijodowodorku etylenodiaminy , dostarczanego jako suplement diety dla zwierząt gospodarskich, zużywa dużą część dostępnego jodu. Innym ważnym zastosowaniem jest katalizator do produkcji kwasu octowego w procesach Monsanto i Cativa . W tych technologiach, które wspierają światowe zapotrzebowanie na kwas octowy, kwas jodowodorowy przekształca surowiec metanolowy w jodek metylu, który ulega karbonylowaniu . Hydroliza powstałego jodku acetylu regeneruje kwas jodowodorowy i daje kwas octowy.

Nieorganiczne jodki znajdują specjalistyczne zastosowania. Tytan, cyrkon, hafn i tor są oczyszczane w procesie van Arkela-de Boera , który obejmuje odwracalne tworzenie tetrajodków tych pierwiastków. Jodek srebra jest głównym składnikiem tradycyjnej kliszy fotograficznej. Tysiące kilogramów jodku srebra zużywa się rocznie do zasiewania chmur w celu wywołania deszczu.

Związek jodoorganiczny, erytrozyna, jest ważnym barwnikiem spożywczym. Jodki perfluoroalkilowe są prekursorami ważnych środków powierzchniowo czynnych, takich jak kwas perfluorooktanosulfonowy .

Reakcję Clock jodu (w którym jod służy również jako test dla skrobi, tworząc ciemny niebieski kompleks) jest popularną edukacyjnego eksperymentu demonstracyjnego i przykład pozornie oscylacyjnego reakcji (to jest tylko stężenie produktu pośredniego oscylująca).

Chociaż jod odgrywa powszechną rolę w wielu gatunkach, środki go zawierające mogą wywierać różny wpływ na różne gatunki w systemie rolniczym. Wzrost wszystkich szczepów Fusarium verticillioides jest znacząco hamowany przez fungistatyk zawierający jod (AJ1629-34EC) w stężeniach, które nie szkodzą uprawie. Może to być mniej toksyczny zabieg przeciwgrzybiczy w rolnictwie ze względu na jego stosunkowo naturalny skład chemiczny.

Rola biologiczna

Tarczycy system hormonów tarczycy T ₃ i T ₄

Porównanie zawartości jodu w moczu we Francji (w mikrogramach/dzień), dla niektórych regionów i departamentów (średnie poziomy jodu w moczu, mierzone w mikrogramach na litr pod koniec XX wieku (1980 do 2000))

Jod jest pierwiastkiem niezbędnym do życia, a przy liczbie atomowej Z = 53 jest najcięższym pierwiastkiem powszechnie potrzebnym organizmom żywym. ( Lantan i inne lantanowce oraz wolfram o Z =74 są wykorzystywane przez kilka mikroorganizmów.) Jest niezbędny do syntezy regulujących wzrost hormonów tarczycy, tyroksyny i trójjodotyroniny (odpowiednio T ₄ i T ₃ , ich liczba atomów jodu). Niedobór jodu prowadzi do zmniejszenia produkcji T ₃ i T ₄ i jednoczesnego powiększenia tkanki tarczycy, w próbie uzyskania bardziej jodu, powodując choroby znanej jako prosty wole . Główną formą hormonu tarczycy we krwi jest tyroksyna (T ₄ ), która ma dłuższy okres półtrwania niż T ₃ . U ludzi, stosunek T ₄ do T ₃ uwalniane do krwi jest między 14: 1 i 20: 1. T ₄ przekształca się w czynną T ₃ (trzy do czterech razy silniejszy niż T ₄ ) w obrębie komórki przez dejodynazy (5'-iodinase). Są one dalej przetwarzane przez dekarboksylację i odjodowanie w celu wytworzenia jodotyronaminy (T ₁ a) i tyronaminy (T ₀ a'). Wszystkie trzy izoformy dejodynaz to enzymy zawierające selen ; zatem diety selen jest niezbędna do T ₃ produkcji.

Jod stanowi 65% masy cząsteczkowej T ₄ i 59% T ₃ . Piętnaście do 20 mg jodu jest skoncentrowane w tkance tarczycy i hormonach, ale 70% całego jodu w organizmie znajduje się w innych tkankach, w tym gruczołach sutkowych, oczach, błonie śluzowej żołądka, grasicy płodu, płynie mózgowo-rdzeniowym i splocie naczyniówkowym, tętnicach ściany, szyjkę macicy i gruczoły ślinowe. W komórkach tych tkanek jodek wnika bezpośrednio przez symporter jodku sodu (NIS). Działanie jodu w tkance sutka jest związane z rozwojem płodu i noworodka, ale w pozostałych tkankach jest (przynajmniej) częściowo nieznane.

Spożycie w diecie

Dzienne poziomy spożycia zalecane przez Narodową Akademię Medyczną Stanów Zjednoczonych wynoszą od 110 do 130 µg dla niemowląt do 12. miesiąca życia, 90 µg dla dzieci do 8. roku życia, 130 µg dla dzieci do 13. roku życia, 150 µg dla dorosłych, 220 µg dla kobiet w ciąży i 290 µg dla laktacji. Tolerowany górny poziom spożycia (UL) dla dorosłych wynosi 1100 μg/dzień. Ta górna granica została oceniona poprzez analizę wpływu suplementacji na hormon stymulujący tarczycę .

Tarczyca potrzebuje nie więcej niż 70 μg/dzień, aby zsyntetyzować wymagane dzienne ilości T4 i T3. Wyższe zalecane dzienne poziomy jodu wydają się niezbędne dla optymalnego funkcjonowania wielu układów organizmu, w tym laktacji , błony śluzowej żołądka , gruczołów ślinowych , komórek mózgowych, splotu naczyniówkowego , grasicy i ścian tętnic .

Naturalne źródła jodu w diecie obejmują owoce morza , takie jak ryby, wodorosty (takie jak wodorosty morskie ) i skorupiaki , produkty mleczne i jaja , o ile zwierzęta otrzymywały wystarczającą ilość jodu, oraz rośliny uprawiane na glebie bogatej w jod. Sól jodowana jest wzmacniana jodem w postaci jodku sodu .

W 2000 r. mediana spożycia jodu w pożywieniu w Stanach Zjednoczonych wynosiła 240 do 300 μg/dzień dla mężczyzn i 190 do 210 μg/dzień dla kobiet. Ogólna populacja Stanów Zjednoczonych ma odpowiednie odżywianie jodem, a kobiety w wieku rozrodczym i kobiety w ciąży mogą mieć niewielkie ryzyko niedoboru. W Japonii spożycie było uważane za znacznie wyższe, wahając się od 5280 μg/dzień do 13800 μg/dzień z dietetycznych wodorostów lub wodorostów kombu , często w postaci ekstraktów z Kombu Umami do zupy i chipsów ziemniaczanych. Jednak nowe badania sugerują, że konsumpcja w Japonii jest bliższa 1000-3000 μg dziennie. Ostatnia aktualizacja wartości UL dla dorosłych w Japonii do 3000 µg/dzień w 2015 r.

Po wdrożeniu programów wzbogacania jodem, takich jak jodowanie soli, zaobserwowano przypadki nadczynności tarczycy wywołanej jodem (tzw. zjawisko Jod-Basedow ). Wydaje się, że stan ten występuje głównie u osób po czterdziestce, a ryzyko wydaje się wyższe, gdy niedobór jodu jest poważny, a początkowy wzrost spożycia jodu jest wysoki.

Niedobór

Na obszarach, gdzie w diecie jest mało jodu, typowo odległych obszarach śródlądowych i w półpustynnym klimacie równikowym, gdzie nie spożywa się pokarmów morskich, niedobór jodu powoduje niedoczynność tarczycy , której objawami są skrajne zmęczenie, wole , spowolnienie umysłowe, depresja, waga przyrost i niska podstawowa temperatura ciała. Niedobór jodu jest główną przyczyną niepełnosprawności intelektualnej, której można zapobiegać. Wynik ten występuje głównie, gdy niemowlęta lub małe dzieci cierpią na niedoczynność tarczycy z powodu braku tego pierwiastka. Dodanie jodu do soli kuchennej w dużej mierze wyeliminowało ten problem w bogatszych krajach, ale niedobór jodu pozostaje poważnym problemem zdrowia publicznego w dzisiejszym świecie rozwijającym się. Niedobór jodu jest również problemem w niektórych obszarach Europy. Przetwarzanie informacji, zdolności motoryczne i rozwiązywanie problemów wzrokowych są poprawiane przez uzupełnianie jodu u dzieci z umiarkowanym niedoborem jodu.

Środki ostrożności

Toksyczność

Zagrożenia
Piktogramy GHS
Hasło ostrzegawcze GHS	Zagrożenie
Zwroty wskazujące rodzaj zagrożenia GHS	H312 , H332 , H315 , H319 , H335 , H372 , H400
Zwroty wskazujące środki ostrożności GHS	P261 , P273 , P280 , P305 , P351 , P338 , P314
NFPA 704 (ognisty diament)	3 0 0

Jod pierwiastkowy (I ₂ ) jest toksyczny, jeśli jest przyjmowany doustnie w postaci nierozcieńczonej. Dawka śmiertelna dla dorosłego człowieka wynosi 30 mg/kg, co stanowi około 2,1–2,4 grama dla człowieka ważącego od 70 do 80 kg (nawet jeśli eksperymenty na szczurach wykazały, że zwierzęta te mogą przeżyć po zjedzeniu dawki 14000 mg/kg). Nadmiar jodu może być bardziej cytotoksyczny w przypadku niedoboru selenu . Suplementacja jodu w populacjach z niedoborem selenu jest teoretycznie problematyczna, częściowo z tego powodu. Toksyczność wynika z jego właściwości utleniających, dzięki którym denaturuje białka (w tym enzymy).

Jod pierwiastkowy jest również drażniący dla skóry. Bezpośredni kontakt ze skórą może spowodować uszkodzenie, a ze stałymi kryształami jodu należy obchodzić się ostrożnie. Roztwory o wysokim stężeniu pierwiastkowego jodu, takie jak nalewka jodowa i płyn Lugola , mogą powodować uszkodzenie tkanek, jeśli są stosowane w długotrwałym czyszczeniu lub antyseptyce; podobnie płynny jodopowidon (betadyna) uwięziony na skórze powodował w niektórych zgłoszonych przypadkach oparzenia chemiczne.

Narażenie zawodowe

Ludzie mogą być narażeni na jod w miejscu pracy poprzez wdychanie, połknięcie, kontakt ze skórą i kontakt wzrokowy. Podawanie BHP (OSHA) ustaliła wartość graniczną prawnego ( graniczną ekspozycji ) jod ekspozycji w pracy przy 0,1 ppm (1 mg / m ³ ) podczas 8-godzinnego dnia pracy. Narodowy Instytut Zdrowia i Bezpieczeństwa Pracy (NIOSH) ustalił dopuszczalnych zalecanych ekspozycji (REL), 0,1 ppm (1 mg / m ³ ) podczas 8-godzinnego dnia pracy. Na poziomie 2 ppm jod jest natychmiast niebezpieczny dla życia i zdrowia .

Reakcje alergiczne

U niektórych osób rozwija się nadwrażliwość na produkty i pokarmy zawierające jod. Zastosowanie nalewki jodowej lub betadyny może powodować wysypki, czasem ciężkie. Pozajelitowe stosowanie środków kontrastowych na bazie jodu (patrz powyżej) może powodować reakcje od łagodnej wysypki do śmiertelnej anafilaksji . Takie reakcje doprowadziły do ​​błędnego przekonania (powszechnego, nawet wśród lekarzy), że niektórzy ludzie są uczuleni na sam jod; nawet alergie na bogate w jod owoce morza zostały tak zinterpretowane. W rzeczywistości nigdy nie było potwierdzonego doniesienia o prawdziwej alergii na jod, a alergia na pierwiastkowy jod lub zwykłe sole jodkowe jest teoretycznie niemożliwa. Reakcje nadwrażliwości na produkty i pokarmy zawierające jod są najwyraźniej związane z ich innymi składnikami molekularnymi; w związku z tym osoba, która wykazała alergię na jeden pokarm lub produkt zawierający jod, może nie mieć reakcji alergicznej na inny. Pacjenci z różnymi alergiami pokarmowymi (skorupiaki, jajka, mleko itp.) nie mają zwiększonego ryzyka nadwrażliwości na środek kontrastowy. Podobnie jak w przypadku wszystkich leków, przed podaniem jakichkolwiek zawierających jod należy zapytać i skonsultować historię alergii pacjenta.

Status amerykańskiej listy DEA I

Fosfor może redukować elementarny jod do kwasu jodowodorowego , który jest odczynnikiem skutecznym w redukcji efedryny lub pseudoefedryny do metamfetaminy . Z tego powodu jod został uznany przez Amerykańską Agencję ds . Walki z Narkotykami jako prekursor chemiczny z Listy I zgodnie z 21 CFR 1310.02 .

W kulturze popularnej

W odcinku pilotażowym Breaking Bad pojemnik z jodem jest widoczny, gdy Walter White po raz pierwszy syntetyzuje metamfetaminę drogą Nagai , używając czerwonego fosforu i jodu do redukcji pseudoefedryny .

Bibliografia

Bibliografia

• Greenwood, Norman N .; Earnshaw, Alan (1997). Chemia pierwiastków (wyd. 2). Butterwortha-Heinemanna . Numer ISBN 978-0-08-037941-8.