Йод

ИОД

ИОД (лат. Iodium), I - химический элемент VII группы периодической системы Менделе­ева, относится к галогенам (в литературе встречается также символ J); атомный номер 53, атомная масса 126,9045; кри­сталлы черно-серого цвета с металлическим блеском. Природный иод состоит из одного стабильного изотопа с массовым числом 127. Иод открыл в 1811 французский химик Б. Куртуа. Нагревая маточный рассол золы морских водорослей с концентриро­ванной серной кислотой, он наблюдал выде­ление фиолетового пара (отсюда название иод - от греческого iodes, ioeides - похожий цветом на фиалку, фиолетовый), который конденсировался в виде темных блестя­щих пластинчатых кристаллов. В 1813 - 1814 французский химик Ж.Л. Гей-Люссак и английский химик Г. Дэви доказали элементар­ную природу иода.

Распространение в природе.

Среднее содержание иода в зем­ной коре 4_*10^-5% 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 иода, обра­зующихся в биосфере, однако они очень редки. Основным резервуаром иода для биосферы служит Мировой океан (в 1 литре в среднем содержится 5_*10-5 грамм иода). Из океана соединения иода, растворенные в каплях морской воды, попадают в ат­мосферу и переносятся ветрами на конти­ненты. Местности, удаленные от океана или отгороженные от морских ветров горами, обеднены иодом. Иод легко адсорбируется органическими веществами почв и морских илов. При уплотнении этих илов и обра­зовании осадочных горных пород проис­ходит десорбция, часть соединений иода переходит в подземные воды. Так обра­зуются используемые для добычи иода иодо-бромные воды, особенно характер­ные для районов нефтяных месторожде­ний (местами 1 литр этих вод содержит свыше 100 мг иода).

Физические и химические свойства.

Плотность иода 4,94 г/см³, t_пл 113,5 °С, t_кип 184,35 °С. Молекула жидкого и газообразного иода состоит из двух атомов (I₂). Заметная диссоциация I₂ Û 2I наблюдается выше 700 °С, а также при действии света. Уже при обычной температуре иод испаряется, обра­зуя резко пахнущий фиолетовый пар. При слабом нагревании иод возгоняется, оседая в виде блестящих тонких пластинок; этот процесс служит для очистки иода в лабора­ториях и в промышленности. Иод плохо растворим в воде (0,33 г/л при 25 °С), хорошо - в сероуглероде и органических растворителях (бензоле, спирте), а также в водных растворах иодидов.

Конфигурация внешних электронов атома иода 5s² 5p⁵. В соответствии с этим про­являет в соединениях переменную валентность (степень окисления): -1 (в HI, КI); +1 (в НIO, КIO); +3 (в IСl₃); +5 (в НIO₃, КIO₃);  и +7 (в HIO₄, KIO₄). Химически иод довольно активен, хотя и в меньшей степени, чем хлор и бром. С металлами иод при легком нагревании  энергич­но взаимодействует, образуя иодиды (Hg + I₂ = HgI₂). С водородом иод реа­гирует только при нагревании и не пол­ностью, образуя  йодистый  водород. С углеродом, азотом, кислородом иод непосредственно не соединяется. Элемен­тарный иод - окислитель, менее сильный, чем хлор и бром. Сероводород H₂S, тио­сульфат натрия Na₂S₂O₃ и другие восстано­вители восстанавливают его до I^- (I₂ + H₂S = S + 2НI). Хлор и другие сильные окислители в водных растворах переводят его в IO₃^-. При растворении в воде иода частично реагирует с ней; в горячих водных растворах щелочей образуются иодид и иодат. Адсорбируясь на крахмале, иод окра­шивает его в темно-синий цвет; это используется в иодометрии 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 и применение.

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 иодилов) 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 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.

Иод в организме.

Иод - необходимый для животных и человека микроэлемент. В почвах и растениях таежно-лесной нечерноземной, сухостепной, пустынной и горных биогеохимических зон. Иод содержится в недостаточном количестве или не сбалансирован с некоторыми другими микроэлементами (Со, Мn, Сu); 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 (так называемые концентраторы иода, например морские водо­росли - фукус, ламинария, филлофора, накапливают до 1% иода, некоторые губки - до 8,5% (в скелетном веществе спонгине). Водоросли, концентрирующие иод, ис­используются 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 (¹³¹I и ¹²⁵I) по­казано, что в щитовидной железе иод на­капливается в митохондриях эпителиальных клеток и входит в состав образующих­ся в них дииод- 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.

В различных биогеохимических про­винциях содержание иода в суточном ра­ционе колеблется (для человека от 20 до 240 мкг, для овцы от 20 до 400 мкг). Потребность животного в иода зависит от его физиологического состояния, времени года, температуры, адаптации организма к содер­жанию иода в среде. 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, усиливает окислительные процессы, тонизирует мышцы, стимулирует поло­вую функцию.

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.

Иод в медицине.

Препараты, содер­жащие иод, обладают антибактериальны­ми и противогрибковыми свойствами, они оказывают также противовоспалительное и отвлекающее действие; их применяют наружно для обеззараживания ран, подготовки операционного поля. При приеме внутрь препараты иода оказывают влияние на обмен веществ, усиливают функцию щитовидной железы. Малые дозы иода (микроиод) тормозят функцию щитовидной железы, действуя на образование тиреотропного гормона передних долей гипофиза. Поскольку иод влияет на белковый и жировой (липидный) обмен, он нашел применение при лечении атеросклероза, так как снижает содержание холестерина в кро­ви; повышает также фибринолитическую активность крови.

Для диагностических целей используют рент геноконтрастные вещества, содержащие иод. При длительном применении препаратов иода и при повышенной чувствительности к ним возможно появление иодизма -  насморк, крапивница, отек Квинке, слюно- и слезотечение, угревидная сыпь (иододерма). Препараты иода нельзя принимать при туберкулезе легких, бе­ременности, при заболеваниях почек, хронической пиодермии, геморрагических диатезах, крапивнице.

Иод радиоактивный.

Искус­ственно радиоактивные изотопы иода - ¹²⁵I, ¹³¹I, ¹³²I 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 ктотрых 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 И. (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.