Строение
Это не диаграмма из точек на кольцах, а выборка методом Монте-Карло из фактической плотности вероятности |ψ|² для каждой занятой подоболочки. Перетаскивайте, чтобы вращать. Синий и фиолетовый цвета обозначают противоположные знаки волновой функции, благодаря чему возможно образование химических связей.
Измеренные значения
Каждый столбец показывает положение иод среди всех 118 элементов по этому свойству.
Источники: стандартные атомные веса IUPAC 2021 года · Справочник CRC по химии и физике · NIST. Значения, отмеченные символом ~, являются расчётными, а не измеренными.
Размер в масштабе
Радиус 140 pm — это 0,14 нм, поэтому около 3,57 миллионов таких атомов, расположенных бок о бок, протянулись бы на миллиметр.
Тепловой диапазон
Иод находится в жидком состоянии в диапазоне 71 K — от 387 K до 457 K.
Положение
Иод находится в периоде 5, группе 17. Все элементы группы 17 имеют одинаковое число внешних электронов, поэтому ведут себя очень похожим образом.
Другие Галогены
Все галогеныИстория
Необходим для функционирования щитовидной железы и используется как дезинфицирующее средство.
История открытия иода — прекрасный пример научной случайности. Бернар Куртуа, французский химик и производитель селитры, сделал это выдающееся открытие совершенно случайно, пытаясь извлечь соединения натрия и калия из золы морских водорослей во время Наполеоновских войн.
Куртуа перерабатывал золу ламинарии, чтобы производить селитру (нитрат калия) для пороха, когда континентальная блокада Наполеона привела к нехватке традиционных источников. Добавляя серную кислоту к концентрированной золе водорослей, он случайно использовал слишком много кислоты. К его изумлению, прекрасные фиолетовые пары поднялись над смесью и сконденсировались в тёмные металлические кристаллы с металлическим блеском.
Яркие фиолетовые пары не были похожи ни на что из ранее виденного Куртуа. Будучи внимательным наблюдателем, он сразу понял, что открыл нечто новое. Однако из-за отсутствия ресурсов для подробного исследования в военное время он передал образцы коллегам-химикам для дальнейшего изучения.
Жозеф Луи Гей-Люссак и Гемфри Дэви независимо изучили загадочное вещество Куртуа в 1813–1814 годах. Оба быстро признали в нём новый элемент благодаря его уникальным химическим свойствам и поведению. Гей-Люссак провёл подробные эксперименты, доказав его элементную природу, а Дэви продемонстрировал его сходство с хлором.
Название «иод» происходит от греческого слова «iodes», означающего фиолетовый, и связано с характерными пурпурными парами, которые элемент выделяет при нагревании. Гей-Люссак ввёл это название в 1814 году, хотя в некоторых ранних текстах также использовалось слово «iodinium». Французский вариант «iode» отражает национальность Куртуа и его приоритет в открытии.
Через несколько лет после открытия иод нашёл первое практическое применение. Швейцарский врач Жан-Франсуа Куандэ впервые использовал иод для лечения зоба в 1820 году, хотя не понимал лежащего в основе механизма. Это стало первым медицинским применением элемента, который позднее оказался необходимым для здоровья человека.
Пионеры фотографии, такие как Луи Дагер, уже к 1840-м годам включали иодид серебра в ранние фотографические процессы. Светочувствительные свойства соединений иода сделали их важнейшими для получения постоянных изображений, положив начало всей отрасли фотографии.
Связь между иодом и функцией щитовидной железы не была понята до конца 19-го века. Ойген Бауман впервые выделил иод из ткани щитовидной железы в 1896 году, доказав, что эта загадочная железа концентрирует элемент. Это открытие объяснило, почему иод может лечить зоб, и выявило его фундаментальную роль в обмене веществ человека.
Разработка йодированной соли в 1920-х годах стала одним из величайших достижений общественного здравоохранения. Дэвид Марин и другие учёные доказали, что добавление небольших количеств иода в соль может устранить зоб и кретинизм. Это простое вмешательство изменило здоровье миллионов людей в регионах с дефицитом иода по всему миру.
Применение
Иод играет критически важную роль в здоровье человека как необходимый компонент гормонов щитовидной железы. Щитовидная железа использует иод для выработки тироксина (T4) и трийодтиронина (T3), которые регулируют обмен веществ, рост и развитие. Дефицит иода может привести к зобу, гипотиреозу и тяжёлым нарушениям развития у детей.
Медицинская визуализация во многом опирается на контрастные вещества на основе иода. Йодсодержащие контрастные вещества содержат атомы иода, эффективно поглощающие рентгеновское излучение, благодаря чему кровеносные сосуды, органы и ткани становятся видимыми при компьютерной томографии и ангиографии. Эти контрастные вещества произвели революцию в медицинской диагностике, позволяя врачам с беспрецедентной точностью выявлять болезни сердца, инсульт и рак.
В ядерной медицине радиоактивные изотопы, такие как 131I, используются для лечения рака щитовидной железы и гипертиреоза. Иод накапливается преимущественно в тканях щитовидной железы, обеспечивая направленную лучевую терапию и сводя к минимуму повреждение здоровых органов.
Повидон-иод (Бетадин) — один из наиболее эффективных доступных антисептиков широкого спектра действия. Он уничтожает бактерии, вирусы, грибки и споры при контакте, что делает его незаменимым при подготовке к операциям, уходе за ранами и профилактике инфекций. В отличие от антисептиков на спиртовой основе, растворы иода сохраняют эффективность даже в присутствии органических веществ.
Таблетки для очистки воды, содержащие иод, обеспечивают экстренную дезинфекцию для туристов, путешественников и участников операций по оказанию помощи при стихийных бедствиях. Эти таблетки могут уничтожать опасные патогены, включая Giardia и Cryptosporidium, устойчивые к обработке хлором.
Фармацевтическая промышленность использует иод как ключевой ингредиент во множестве лекарственных препаратов, помимо средств для лечения щитовидной железы. Йодсодержащие соединения служат промежуточными веществами при синтезе антибиотиков, противовоспалительных препаратов и сердечно-сосудистых лекарств.
Производство ЖК-дисплеев требует сверхчистого иода для поляризационных плёнок. Эти плёнки регулируют прохождение света в жидкокристаллических дисплеях, делая возможным производство современных смартфонов, компьютеров и телевизоров. Требуемая точность исключительно высока: даже следовые примеси могут создавать видимые дефекты на дисплеях.
В фотографии кристаллы иодида серебра образуют светочувствительную эмульсию в традиционной фотоплёнке. Под воздействием света эти кристаллы претерпевают химические изменения, создавая скрытое изображение, которое впоследствии проявляется на фотографиях в ходе химической обработки.
В катализе соединения иода используются для ускорения химических реакций при синтезе лекарственных препаратов и производстве полимеров. Катализаторы на основе иода обеспечивают более эффективные и экологичные производственные процессы.
Аналитическая химия применяет йодометрическое титрование для определения концентрации окислителей, содержания витамина C в продуктах питания и параметров качества воды. Характерный сине-чёрный цвет, образующийся с крахмалом, делает иод идеальным индикатором для таких точных измерений.
Йодированная соль — наиболее распространённый способ ежедневного поступления иода в организм. Её добавляют в поваренную соль с 1920-х годов; это простое вмешательство практически устранило заболевания, вызванные дефицитом иода, в развитых странах. Всего четверть чайной ложки йодированной соли обеспечивает суточную потребность в иоде для большинства взрослых.
Пищевые добавки, содержащие иод, поддерживают функцию щитовидной железы, что особенно важно для беременных женщин и людей, живущих в регионах с дефицитом иода. Добавки из ламинарии и морских водорослей естественным образом обеспечивают организм биодоступным иодом и другими полезными минералами.
Антисептические растворы, такие как настойка иода, уже более века входят в состав домашних аптечек. Эти коричневые растворы эффективно предотвращают инфекции при небольших порезах, ссадинах и ранах. Современные составы, например повидон-иод, мягче воздействуют на кожу, сохраняя антимикробную эффективность.
Леденцы и растворы для полоскания горла часто содержат соединения иода для борьбы с бактериальными инфекциями и облегчения боли в горле. Антимикробные свойства помогают уменьшить количество бактерий, а иод оказывает лёгкое обезболивающее действие.
Таблетки для очистки воды, содержащие иод, необходимы для кемпинга, походов и подготовки к чрезвычайным ситуациям. Две таблетки могут очистить литр сомнительной воды за 30 минут, уничтожив бактерии, вирусы и паразитов, вызывающих заболевания, передающиеся через воду.
Средства для удаления плесени часто содержат соединения иода благодаря их мощным противогрибковым свойствам. Такие чистящие средства особенно эффективны в ванных комнатах и подвалах, где влага создаёт идеальные условия для роста грибков.
Научные демонстрации часто используют иод для создания эффектных изменений цвета. Классическая реакция «йодных часов» показывает, как работает химическая кинетика, а йодно-крахмальные тесты демонстрируют наличие крахмала в таких продуктах, как картофель и хлеб.
Криминалистические методы используют пары иода для выявления отпечатков пальцев на бумаге и других пористых поверхностях. Кристаллы иода сублимируются непосредственно из твёрдого состояния в газообразное, оседая на маслах и белках в остатках отпечатков пальцев и делая их видимыми.
Откуда он происходит
0,45 мг/кг земной коры · более распространён, чем 47% элементов
Иод — прежде всего океанический элемент. Морская вода содержит примерно 0,05 частей на миллион иода, поэтому океаны являются крупнейшим резервуаром этого необходимого элемента на Земле. Морские водоросли и ламинария концентрируют иод из морской воды, накапливая его в количествах, до 30 000 раз превышающих содержание в окружающей воде.
Заросли ламинарии особенно богаты иодом: некоторые виды, например гигантская ламинария, содержат более 1% иода от сухой массы. Эти подводные леса не только служат средой обитания для морских организмов, но и действуют как природные переработчики иода, извлекая этот элемент из огромных объёмов морской воды по мере роста.
Большая часть наземного иода происходит из древних морских отложений — горных пород и почв, которые когда-то находились под морем. Крупнейшие промышленные месторождения расположены в пустыне Атакама в Чили, где доисторическое морское дно оставило после себя минералы иодата натрия. Эти месторождения, сформировавшиеся миллионы лет назад, теперь обеспечивают большую часть промышленного иода в мире.
Природные рассолы в подземных водоносных горизонтах содержат концентрированный иод, особенно в регионах с геологической активностью. Горячие источники Японии и месторождения природного газа в Оклахоме и Калифорнии содержат богатые иодом рассолы, которые извлекают в промышленных масштабах как побочный продукт производства энергии.
Распределение иода на суше крайне неравномерно, что создаёт природные зоны дефицита. Горные районы и территории, удалённые от океанов, обычно имеют бедные иодом почвы, поскольку оледенение и обильные осадки на протяжении тысячелетий вымывали этот элемент. Район Великих озёр, Гималаи и Альпы — классические примеры территорий с дефицитом иода.
Прибрежные районы обычно имеют достаточный уровень иода благодаря морским брызгам и осадкам морского происхождения. Океанские ветры переносят соединения иода в глубь материка, обогащая почвы в пределах нескольких сотен километров от береговой линии. Это объясняет, почему островные жители исторически редко страдали от заболеваний, вызванных дефицитом иода.
Иод участвует в сложном биогеохимическом круговороте между атмосферой, гидросферой и биосферой. Морские водоросли выделяют иодистый метил и другие органические соединения иода в атмосферу, где они участвуют в химии озона, а затем возвращаются на сушу с осадками.
Растения и животные концентрируют иод из окружающей среды, создавая локальные зоны повышенного содержания. Некоторые растения, например кресс-салат и шпинат, могут накапливать значительные количества иода при выращивании на богатых иодом почвах, а щитовидные железы всех позвоночных служат биологическими концентраторами иода.
Обращение
Кристаллы иода и концентрированные растворы обладают коррозионным действием и могут вызвать тяжёлые ожоги кожи, глаз и слизистых оболочек. При работе с чистым иодом всегда надевайте защитные очки, перчатки и защитную одежду. Работайте в хорошо проветриваемых помещениях, поскольку пары иода раздражают дыхательную систему.
Контакт кожи с концентрированными растворами иода вызывает немедленное окрашивание и возможные химические ожоги. Промывайте поражённые участки большим количеством воды не менее 15 минут. Характерное коричневое окрашивание может сохраняться несколько дней, но обычно безвредно.
Аллергия на иод встречается примерно у 1% населения и может вызывать реакции от лёгкой кожной сыпи до тяжёлой анафилаксии. Люди с аллергией на моллюсков могут подвергаться повышенному риску из-за перекрёстной реактивности. Всегда сообщайте медицинским работникам об известной чувствительности к иоду перед процедурами с использованием контрастных веществ.
Заболевания щитовидной железы требуют тщательного контроля поступления иода. Хотя дефицит иода вызывает проблемы, его избыточное потребление может спровоцировать гипертиреоз или усугубить аутоиммунные заболевания щитовидной железы, такие как тиреоидит Хашимото. Беременным женщинам необходимо достаточное количество иода, но следует избегать мегадоз, которые могут навредить развитию плода.
Радиоактивные изотопы, такие как 131I, требуют соблюдения специальных протоколов обращения. Эти материалы испускают бета- и гамма-излучение и концентрируются в щитовидной железе. Медицинские учреждения, использующие радиоактивный иод, должны соблюдать строгие процедуры радиационной безопасности, включая периоды изоляции пациентов после лечения.
Ядерные аварии могут привести к выбросу радиоактивного иода в окружающую среду. Таблетки иодида калия могут защитить щитовидную железу, насытив её стабильным иодом и предотвратив поглощение радиоактивных изотопов. Однако принимать их следует только по указанию официальных служб управления чрезвычайными ситуациями.
Опасность пожара и взрыва существует при контакте иода с некоторыми металлами, особенно с порошком алюминия, который может вступить в бурную реакцию. Храните иод отдельно от восстановителей, металлов и аммиака. Хотя сам иод воспламеняется с трудом, он может ускорять горение других материалов.
Краткие ответы
Иод (символ I) — элемент 53 в периодической таблице, представитель семейства Галоген в 5 периоде, 17 группе. Галоген, без которого ваша щитовидная железа не может функционировать, и причина, по которой поваренная соль йодирована. При комнатной температуре это твёрдое вещество.
[Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p⁵; она включает 5 занятых электронных оболочек с распределением 2, 8, 18, 18, 7. На внешней оболочке находится 7 электронов, что определяет характер химических связей.Иод плавится при 386.9 K (113.7 °C) и кипит при 457.4 K (184.3 °C).
Стандартная атомная масса Иод составляет 126.904 u. Это средневзвешенное значение для его природных изотопов, поэтому оно редко бывает целым числом.
Плотность Иод составляет 4.93 г/см³. Плотность воды — 1,0 г/см³, поэтому блок из Иод примерно в 4.9× тяжелее.
Электроотрицательность Иод по шкале Полинга составляет 2.66. Шкала простирается от 0,70 (франций, наименее склонный притягивать электроны) до 3,98 (фтор, наиболее склонный). Значения в этом среднем диапазоне обычно соответствуют ковалентным, а не преимущественно ионным связям.
Иод был открыт в 1811 году Bernard Courtois. Назван в честь греческое iodes, «фиолетовый».
На долю Иод приходится около 0.45 мг/кг земной коры — это действительно редкий элемент, поэтому он дорог.