Иод

Радиус нейтрального атома иода 0, 136 нм, ионные радиусы I^-, I⁵⁺ и I⁷⁺ равны, соответственно, 0, 206, 0, 058-0, 109, 0, 056-0, 067 нм. Энергии последовательной ионизации нейтрального атома иода равны, соответственно, 10, 45, 19, 10, 33 эВ. Сродство к электрону –3, 08 эВ. По шкале Полинга электроотрицательность иода 2, 66, иод принадлежит к числу неметаллов. Иод при обычных условиях — твердое черно-серое вещество с металлическим блеском и специфическим запахом.

Иод был открыт в 1811 французским химиком Б. Куртуа, который извлекал соду (Na₂CO₃) и поташ (К₂СО₃) из золы морских водорослей. Однажды он прилил концентрированную серную кислоту к остатку маточного раствора. К его удивлению, при этом наблюдалось выделение фиолетовых паров какого-то нового вещества (назван по цвету паров: греч. iodes — фиолетовый). В 1813-14 годах Ж.-Л. Гей-Люссак и Г. Дэви доказали, что это — новое простое вещество, которому соответствует неизвестный ранее химический элемент.

Нужно отметить, что длительное время символом иода была латинская буква J. В те годы название элемента в химии записывали как «йод». И хотя после изменения знака элемента с J на I и утверждения нормы написания в химии элемента как «иод» прошло уже более 20 лет, написание «йод» сохранилось в современных словарях русского языка.

Круговорот иода

Иод — очень редкий элемент земной коры. Его содержание в ней оценивается всего в 1, 4·10^-5 % (60-е место среди всех элементов). Так как иод химически достаточно активен, в свободном виде в природе он не встречается. Вместе с тем, соединения иода отличает высокая рассеяность — их микропримеси находят повсеместно.
В круговороте иода в природе важную роль играет биогенная миграция. В небольших количествах иод содержится в буровых водах нефтяных и газовых скважин (откуда его и извлекают в промышленности), присутствует в морской воде (0, 4·10^-5 — 0, 5·10^-5 %). Собственные минералы иода — иодаргирит AgI, лаурит Са(IO₃)₂ и дитцеит 7Са(IO₃)₂·8CaCrO₄ — крайне редки и практического значения не имеют (см. Иодиды природные).

При получении иода разбавленные водные иодсодержащие растворы сначала обрабатывают для перевода иода в форму I₂ нитритом натрия NaNO₂, а выделившийся свободный иод отделяют экстракцией. Для очистки иода используют его способность легко сублимировать (см. ниже).

Кристаллическая решетка иода ромбическая, параметры элементарной ячейки а = 0, 4792 нм, b = 0, 7271 нм, с = 0, 9803 нм. Температура плавления 113, 5 °C, температура кипения 184, 35 °C. Важная особенность иода — способность сублимироваться (переходить из твердого в парообразное состояние) уже при комнатной температуре. Плотность иода 4, 930 кг/м³. Стандартный электродный потенциал I₂/I^- в водном растворе равен +0, 535 В.

В парах, в расплаве и в кристаллах существует в виде двухатомных молекул I₂. Длина связи 0, 266 нм, энергия связи 148, 8 кДж/моль. Степень диссоциации молекул на атомы при 727 °C — 2, 8%, при 1727 °C — 89, 5%.

Иод плохо растворим в воде, причем протекает обратимая реакция

I₂ + H₂O = HI + HIO

Хорошо растворим иод в большинстве органических растворителей (сероуглерод, углеводороды, ССl₄, СНСl₃, бензол, спирты, диэтиловый эфир и другие). Растворимость иода в воде увеличивается, если в воде имеются иодид-ионы I^-, так как молекулы I₂ образуют с иодид-ионами комплексные ионы I₃^-.

По реакционной способности иод — наименее активный галоген. Из неметаллов реагирует напрямую без нагревания только с фосфором (образуется РI₃) и мышьяком (образуется AsI₃), а также с другими галогенами. Так, с бромом иод реагирует практически без нагревания, причем образуется соединение состава IBr. При нагревании реагирует с водородом Н₂ с образованием газообразного HI.

Металлы реагируют с иодом обычно при нагревании. Протеканию реакции способствует наличие паров воды или добавление жидкой воды. Так, порошок алюминия вступает в реакцию с иодом, если к порошку добавить каплю воды: 2Al + 3I₂ = 2AlI₃.

Интересно, что со многими металлами иод образует соединения не в высшей степени окисления атома металла, а в низшей. Так, с медью иод образует только соединение состава CuI, с железом — состава FeI₂. Все иодиды металлов, кроме иодидов AgI, CuI и Hg₂I₂, хорошо растворимы в воде. Иод реагирует с водным раствором щелочи, например: 3I₂ + 6NaOH = 5NaI + NaIO₃ + 3H₂O, а также с раствором соды: 3I₂ + 3Na₂CO₃ = 5NaI + NaIO₃ + 3CO₂

Раствор иодистого водорода НI в воде — сильная (иодистоводородная) кислота, по свойствам похожая на соляную кислоту . Иодноватистая кислота HIO — кислота очень слабая, существует только в разбавленных водных растворах. Также неустойчивы и ее соли — гипоиодиты.

Иодноватая кислота HIO₃ представляет собой твердое вещество, в растворах ведет себя как сильная кислота. Соли этой кислоты — иодаты. Наиболее известен иодат калия KIO₃, используемый в аналитической химии.

Степени окисления +7 иода отвечает иодная кислота НIO₄, которая из растворов выделяется в виде дигидрата НIO₄·2Н₂О. Интересно, что все 5 атомов водорода в этом соединении могут быть замещены катионами металла. Например, известен периодат серебра состава Ag₅IO₆.

Для обнаружения иода в водных растворах используют чрезвычайно чувствительную иодкрахмальную реакцию. Синяя окраска крахмала в растворе различна и появляется, если к раствору добавить ничтожное количество иода — 1 мкг и даже менее.

Иод применяют для получения высокочистого титана, циркония, гафния, ниобия и других металлов (так называемое иодидное рафинирование металлов). При иодидном рафинировании исходный металл с примесями переводят в форму летучих иодидов, а затем полученные иодиды разлагают на раскаленной тонкой нити. Нить изготовлена из заранее очищенного металла, который подвергают рафинированию. Ее температуру подбирают такой, чтобы на нити могло происходить разложение только иодида очищаемого металла, а остальные иодиды оставались в паровой фазе.

Используют иод и в иодных лампах накаливания, имеющих вольфрамовую спираль и характеризующихся большим сроком службы. Как правило, в таких лампах пары иода находятся в среде тяжелого инертного газа ксенона (лампы часто называют ксеноновыми) и реагируют с атомами вольфрама, испаряющимися с нагретой спирали. Образуется летучий в этих условиях иодид, который рано или поздно оказывается вновь вблизи спирали. Происходит немедленное разложение иодида, и освободившийся вольфрам вновь оказывается на спирали. Иод применяют также в пищевых добавках, красителях, катализаторах, в фотографиии, в аналитической химии.

Иод относится к микроэлементам и присутствует во всех живых организмах. Его содержание в растениях зависит от присутствия его соединений в почве и водах. Некоторые морские водоросли (морская капуста, или ламинария, фукус и другие) накапливают до 1% иода. Иод входит в скелетный белок губок сончин и скелетопротеины морских многощетинковых червей. У животных и человека иод входит в состав гормонов щитовидной железы — тироксина и трииодтиронина, оказывающих многостороннее воздействие на рост, развитие и обмен веществ организма (особенно — на интенсивность основного обмена, окислительные процессы, теплопродукцию). В организме среднего человека (масса тела 70 кг) содержится 12-20 мг иода, суточная потребность составляет около 0, 2 мг.

В медицине используют «иодную настойку», обладающую дезинфицирующим действием. Следует иметь в виду, что обрабатывать иодной настойкой можно только небольшие раны, так как иод может вызвать омертвение ткани, что при больших ранах увеличит сроки их заживления. Микроколичества иода жизненно необходимы человеку, дефицит иода в организме приводит к заболеванию щитовидной железы — эндемическому зобу, встречающемуся в местностях с низким содержанием иода в воздухе, почве, водах. Обычно это высокогорья и области, удаленные от моря. Для того, чтобы обеспечить поступление в организм необходимых количеств иода, используют иодированную поваренную соль.

Искусственные радионуклиды иода — иод-125, иод-131, иод-132 и другие — применяются для диагностики и лечения заболеваний щитовидной железы. Однако избыточное накопление радионуклида иода-131 в щитовидной железе (что, в частности, стало возможным после аварии на Чернобыльской АЭС) может привести к онкологическому заболеванию. Для предотвращения накопления иода-131 в щитовидной железе в организм вводят немного обычного (стабильного) иода. Щитовидная железа, поглотив этот иод, им насыщается и захватывать радионуклид иод-131 более уже не в состоянии. Так что даже если затем иод-131 и попадет в организм, он будет из него быстро выведен (период полураспада иода-131 сравнительно невелик и составляет около 8 суток, так что убыль радиоактивности происходит и за счет его распада). Для того, чтобы полностью «заблокировать» щитовидную железу от накопления в ней иода-131, врачи рекомендуют раз в неделю выпивать стакан молока, в который добавлена одна капля иодной настойки. Сделует помнить, что иод токсичен и в виде I₂, и в виде иодидов.

Авторы: С.С. Бердоносов, П.С. Бердоносов