Иод знают все. Порезав палец, мы тянемся к склянке с иодом, точнее с его спиртовым раствором. Но не все знают насколько важно содержание иода в нашем организме. Иод является очень сильным антисептическим препаратом. Однако йод служит не только для смазывания ссадин и царапин. Хотя иода в человеческом организме всего 25 мг, он играет важную роль - входит в состав веществ, которые регулируют обмен веществ в организме. При недостатке йода задерживается физическое и умственное развитие человека и возникает болезнь, называющаяся эндемический зоб. Это случается в высокогорных районах, где естественное содержание йода в воздухе, воде и пище очень низкое.
Иод - химический элемент VII группы периодической системы Менделеева. Атомный номер - 53. Относительная атомная масса 126,9045?0,0001. Галоген. Из имеющихся в природе галогенов - самый тяжёлый, если, конечно, не считать радиоактивный короткоживущий астат. Практически весь природный иод состоит из атомов одного - единственного изотопа с массовым числом 127, его содержание в
земной коре 4 . 10-5% по массе. Радиоактивный иод - 125 образуется в ходе естественных радиоактивных превращений. Из искусственных изотопов иода важнейшие - иод-131 и иод-133, их используют в медицине.
I2 - галоген. На вид - темно-серые кристаллы с металлическим блеском. Летуч. Плохо растворяется в воде, хорошо - в органических растворителях (с фиолетовым или коричневым окрашиванием раствора) или в воде с добавкой солей - иодидов. Слабый окислитель и восстановитель. Реагирует с концентрированными серной и азотной кислотами, металлами, неметаллами, щелочами, сероводородом. Образует соединения с другими галогенами. Молекула элементного йода, как и прочих галогенов, состоит из двух атомов.
Иод - единственный из галогенов - находится в твёрдом состоянии при нормальных условиях. Красивые тёмно-синие кристаллы йода больше всего похожи на графит. Отчётливо выражено кристаллическое строение, способность проводить электрический ток - чистому йоду характерны металлические физические свойства.
Открытие йода.
Конец XVII и начало XVIII века были отмечены в Европе непрекращающимися войнами. Требовалось много пороха и, следовательно, много селитры. Производство селитры приняло невиданные масштабы, наряду с минеральным сырьём в производство шли и морские водоросли. В них и обнаружили новый химический элемент.
Одним из французских селитроваров был химик и промышленник Бернар Куртуа (1777-1838). Он был весьма наблюдательным человеком. Считается, что именно это помогло ему в 1811 г. стать первооткрывателем нового химического элемента. Однажды он заметил, что медный котёл, в котором выпаривался щелок, полученный из фукуса, ламинарий и других бурых водорослей, быстро разрушается, как будто его разъедает какая - то кислота. Куртуа решил выяснить, в чём тут дело. Осадив и удалив из раствора соли натрия, он выпарил раствор, обнаружил в котле сульфид калия и чтобы разложить его, прилил к осадку концентрированной серной кислоты - и тут появился фиолетовый дым. Куртуа повторил опыт, на этот раз в реторте, и в приёмнике реторты осели блестящие чёрные пластинчатые кристаллы. Иодид натрия из водорослей, взаимодействуя с серной кислотой, выделяет иод I2; одновременно образуется сернистый газ - диоксид серы SO2 и воду:
2NaI + 2H2SO4 = I2 + SO2+ Na2SO4 + 2H2O
При охлаждении пары иода превращались в темно-серые кристаллы с ярким блеском. Куртуа писал: "В маточном растворе щелока, полученного из водорослей, содержится довольно большое количество необычного вещества. Его легко выделить: для этого достаточно прилить серную кислоту к данному раствору и нагреть смесь в реторте... Новое вещество осаждается в приемнике в виде черного порошка, который при нагревании превращается в пары великолепного фиолетового цвета".
Название новому элементу присвоил в 1813 году французский химик Жозеф-Луи Гей-Люссак (1778-1850) за фиолетовый цвет его паров ("йодос" по-гречески значит "фиолетовый"). Он же получил многие производные нового элемента - иодоводород HI, иодноватую кислоту HIO3, оксид иода(V) I2O5, хлорид иода ICl и другие. Практически одновременно элементарную природу йода доказал и английский химик Гэмфри Дэви (1778-1829).
Среднее содержание иода в земной коре 0,00005% по массе. В мантии и магмах и в образовавшихся из них породах (гранитах, базальтах) соединения иода рассеяны; глубинные минералы иода неизвестны.
История иода в земной коре тесно связана с живым веществом и биогенной миграцией. В биосфере наблюдаются процессы его концентрации, особенно морскими организмами (водорослями, губками). Известны 8 гипергенных минералов йода, образующихся в биосфере, однако они очень редки. Основным резервуаром йода для биосферы служит Мировой океан. Из океана соединения йода, растворенные в каплях морской воды, попадают в атмосферу и переносятся ветрами на континенты.
Местности, удаленные от океана или отгороженные от морских ветров горами,
обеднены йодом. Йод легко адсорбируется (поглощается) органическими веществами почв и морских илов. При уплотнении этих илов и образовании осадочных горных пород происходит десорбция, часть соединений йода переходит в подземные воды. Так образуются используемые для добычи йода йодо - бромные воды, особенно характерные для районов нефтяных месторождений (местами 1 литр этих вод содержит свыше 100 мг иода).
Плотность йода 4,94 г/см3, tпл 113,5 градусов С, tкип 184,35 градусов С. Молекула жидкого и газообразного иода состоит из двух атомов (I2). Заметная диссоциация I2 на 2I наблюдается выше 700 градусов С, а также при действии света. Уже при обычной температуре йод испаряется, образуя резко пахнущий фиолетовый пар. При слабом нагревании иод возгоняется, оседая в виде блестящих тонких пластинок; этот процесс служит для очистки йода в лабораториях и в промышленности. Йод
плохо растворим в воде (0,33 г/л при 25 градусов С),хорошо - в сероуглероде и органических растворителях (бензоле, спирте), а также в водных растворах йодидов.
Химически иод довольно активен, хотя и в меньшей степени, чем хлор и бром. Адсорбируясь на крахмале, йод окрашивает его в темно-синий цвет; это используется в йодометрии и качественном анализе для обнаружения иода.
Пары иода ядовиты и раздражают слизистые оболочки. На кожу иод оказывает прижигающее и обеззараживающее действие. Пятна от иода смывают растворами соды или
тиосульфата натрия.
Получение
Сырьем для промышленного получения иода в России служат нефтяные буровые воды; за рубежом - морские водоросли, а также маточные растворы чилийской (натриевой) селитры, содержащие до 0,4% иода в виде иодата натрия.
Для извлечения иода из нефтяных вод (содержащих обычно 20 - 40 мг/л иода в виде иодидов) на них сначала действуют хлором или азотистой кислотой. Выделившийся иод либо адсорбируют активным углем, либо выдувают воздухом. На иод, адсорбированный углем, действуют едкой щелочью или сульфитом натрия. Из продуктов реакции свободный иод выделяют действием хлора или серной кислоты и окислителя, например дихромата калия. При выдувании воздухом иод поглощают смесью двуокиси серы с водяным паром и затем вытесняют иод хлором. Сырой кристаллический иод очищают возгонкой.
Иод в организме
Иод - необходимый для животных и человека микроэлемент. В почвах и растениях таёжно-лесной нечерноземной, сухостепной, пустынной и горных биогеохимических зон. Иод содержится в недостаточном количестве или не сбалансирован с некоторыми другими микроэлементами (Са, Mn, Cu); с этим связано распространение в этих зонах эндемического зоба. Среднее содержание иода в почвах около 3*10-4%, в растениях около 2*10-5%. В поверхностных питьевых водах иода мало (от 10-7 до 10-9%). В приморских областях количество иода в 1 м3 воздуха может достигать 50 мкг, в континентальных и горных - составляет 1 или даже 0,2 мкг.
Поглощение иода растениями зависит от содержания в почвах его соединений и от вида растений. Некоторые организмы - естественные концентраторы иода. Например морские водоросли - фукус, ламинария, филлофора, накапливают до 1% иода,некоторые губки - до 8,5% (в скелетном веществе спонгине). Водоросли, концентрирующие иод, используются для его промышленного получения. В животный организм иод поступает с пищей, водой, воздухом. Основной источник иода - растительные продукты и корма. Всасывание иода происходит в передних отделах тонкого кишечника. В организме человека накапливается от 20 до 50 мг иода, в том числе в мышцах около 10 - 25 мг, в щитовидной железе в норме 6 - 15 мг. С помощью радиоактивного иода (I131 и I125) показано, что в щитовидной железе иод накапливается в митохондриях эпителиальных клеток и входит в состав образующихся в них алл - и моноиодтирозинов, которые конденсируются в гормон тетраиодтиронин (тироксин). Выделяется иод из организма преимущественно через почки (до 70 - 80% ), молочные, слюнные и потовые
железы, частично с жёлчью.
Суточная потребность в иоде человека и животных - около 3 мкг на 1 кг массы. Возрастает при беременности, усиленном росте, охлаждении. Введение в организм иода повышает основной обмен веществ, усиливает окислительные процессы, тонизирует мышцы.
В связи с большим или меньшим недостатком иода в пище и воде применяют
иодирование поваренной соли, содержащей обычно 10 - 25 г йодистого калия на 1 тонну соли.
Применение удобрений, содержащих иод, может удвоить и утроить его содержание в сельскохозяйственных культурах. Кроме иодирования соли в последние годы стали широко применять иодирование других продуктов. Иод добавляют в некоторые хлебобулочные изделия, молоко, всё большее распространение получают так называемые БАДЫ "биологически активные добавки", содержащие иод.
Иод и человек
Организм человека не только не нуждается в больших количествах иода, но и с удивительным постоянством сохраняет в крови постоянную концентрацию, так называемое иодное зеркало крови. Из общего количества иода в организме около 25 мг, больше половины находится в щитовидной железе. Почти весь иод, содержащийся в этой железе, входит в состав различных производных тирозина - гормона щитовидной железы, и только незначительная часть его, около 1%, находится в виде неорганического иода I1-.
Большие дозы элементного иода опасны: доза 2 - 3 г смертельна. В то же время в форме иодида допускается приём внутрь в больших дозах. Если ввести в организм с пищей значительное количество неорганических солей иода, концентрация его в крови повысится в 1000 раз, но уже спустя 24 часа
иодное зеркало крови придёт в норму внутреннего обмена и практически не зависит от условий эксперимента.
В медицинской практике иодорганические соединения используется для рентгенодиагностики. Достаточно тяжелые ядра атомов иода рассасывают рентгеновские лучи. При введении внутрь организма такого диагностического средства получают исключительно чёткие рентгеновские снимки отдельных участков тканей и органов.
Антисептические свойства иода в хирургии первым использовал врач Буанэ. Как ни странно, самые простые лекарственные формы иода - водные и спиртовые растворы - очень долго не находили применения в хирургии, хотя ещё в 1865 -1866 гг. великий русский хирург Н.И.Пирогов применял иодную настойку при лечении ран.
Искусственно радиоактивные изотопы иода - I125, I131, I132 и другие широко используются в биологии и, особенно в медицине для определения функционального состояния щитовидной железы и лечения ряда её заболеваний. Применение радиоактивного иода в диагностике связано со способностью иода избирательно накапливаться в щитовидной железе; использование в лечебных целях основано на способности b - излучения радиоизотопов иода разрушать секреторные клетки железы. При загрязнениях окружающей среды продуктами ядерного деления радиоактивные изотопы иода быстро
включаются в биологический круговорот, попадая, в конечном счете, в молоко и, следовательно, в организм человека. Особенно опасно их проникновение в организм детей, щитовидная железа которых в 10 раз меньше, чем у взрослых людей и к тому же обладает большей радиочувствительностью. С целью уменьшения отложения радиоактивных изотопов иода в щитовидной железе рекомендуется применять
препараты стабильного йода (по 100 - 200 мг на прием). Радиоактивный иод быстро и полностью всасывается в желудочно-кишечном тракте и избирательно откладывается в щитовидной железе. Его поглощение зависит от функционального состояния железы. Относительно высокие концентрации радиоизотопов иода обнаруживаются также в слюнных и молочной железах и слизистой
желудочно-кишечного тракта. Не поглощенный щитовидной железой радиоактивный иод почти полностью и сравнительно быстро выделяется с мочой.
Применение иода
Иод и его соединения применяют главным образом в медицине и в аналитической химии, а также в
органическом синтезе и фотографии. В промышленности применение иода пока незначительно по объему, но весьма перспективно. Так, на термическом разложении иодидов основано получение
высокочистых металлов.
Сравнительно недавно иод стали использовать в производстве ламп накаливания,
работающих по иодо - вольфрамовому циклу. Иод соединяется с частичками вольфрама, испарившегося со спирали лампы, образует соединение WI2, которое, попав на нагретую спираль, разлагается. Вольфрам при этом вновь возвращается на спираль, а иод опять соединяется с испарившемся вольфрамом. Иод как бы заботится о сохранении вольфрамовой спирали и тем самым значительно
увеличивает время работы лампы.
Так же 0,6% иода, добавленного к углеводородным маслам, во много раз снижает трение в подшипниках из нержавеющей стали и титана. Это позволяет увеличить нагрузку на трущиеся детали белее, чем в 50 раз.
Иод применяют для изготовления специального поляроидного стекла. В стекло вводят кристаллы солей иода, которые распределяются строго закономерно. Колебания светового луча не могут проходить через них во всех направлениях. Получается своеобразный фильтр, называемый поляроидом, который отводит встречный слепящий поток света. Такое стекло используют в автомобилях. Комбинируя несколько поляроидов или вращая поляроидные стёкла, можно достигнуть исключительно красочных эффектов - это явление используют в кинотехники и в театре. Так же иод применяется в фотоделе.