Йод какие свойства проявляет

С йодом знакомы все. Порезав палец, мы тянемся к склянке с иодом, точнее с его спиртовым раствором…Тем не менее этот элемент в высшей степени своеобразен и каждому из нас, независимо от образования и профессии, приходится открывать его для себя заново не один раз. Своеобразна и история этого элемента.Первое знакомство Иод был открыт в 1811 г. французским химиком-технологом Бернаром Куртуа (1777-1838), сыном известного селитровара. В годы Великой французской революции он уже помогал отцу «извлекать из недр земли основной элемент оружия для поражения тиранов» , а позже занялся селитроварением самостоятельно. Вто время селитру получали в так называемых селитряницах, или буртах. Это были кучи, сложенные из растительных и животных отбросов, перемешанных со строительным мусором, известняком, мергелем. Образовавшийся при гниении аммиак окислялся микроорганизмами сперва в азотистую HNО2, а затем в азотную HNО3 кислоту, которая реагировала с углекислым кальцием, превращая его в нитрат Ca(NО3). Его извлекали из смеси горячей водой, а после добавляли поташ. Шла реакция

Са (NО3)2 + К2СО3→ 2KNО3 + СаСО3

Раствор нитрата калия сливали с осадка и упаривали.

Полученные кристаллы калиевой селитры очищали дополнительной перекристаллизацией. Куртуа не был простым ремесленником. Проработав три года в аптеке, он получил разрешение слушать лекции по химии и заниматься в лаборатории Политехни-ческой школы в Париже у знаменитого Фуркруа. Свои познания он приложил к изучению золы морских водорослей, из которой тогда добывали соду. Куртуа заметил, что медный котел, в котором выпаривались зольные растворы, разрушается слишком быстро. В маточном растворе после упаривания и осаждения кристаллических сульфатов натрия и калия оставались их сульфиды и, видимо, что-то еще. Добавив к раствору концентрированной серной кислоты, Куртуа обнаружил выделение фиолетовых паров. Не исключено, что нечто подобное наблюдали коллеги и современники Куртуа, но именно он первым перешел от наблюдений к исследованиям, от исследований — к выводам.Вот эти выводы (цитируем статью, написанную Куртуа): «В маточном растворе щелока, полученного из водорослей, содержится достаточно большое количество необычногои любопытного вещества.

Его легко выделить. Для этого достаточно прилить серную кислоту к маточному раствору и нагреть его в реторте, соединенной с приемником. Новое вещество… осаждается в виде черного порошка, превращающегося при нагревании в пары великолепного фиолетового цвета. Эти пары конденсируются в форме блестящих кристаллических пластинок, имеющих блеск, сходный с блеском кристаллического сульфида свинца… Удивительная окраска паров нового вещества позволяет отличить его от всех доныне известных веществ, и у него наблюдаются другие замечательные свойства, что придает его открытию величайший интерес».В 1813 г. появилась первая научная публикация об этом веществе, его стали изучать химики разных стран, в том числе такие светила науки, как Жозеф Гей-Люссак и Хэмфри Дэви. Год спустя эти ученые установили элементарность вещества, открытого Куртуа, и Гей-Люссакназвал новый элемент иодом — от греческого юеьбид — темно-синий, фиолетовый.

Свойства обычные и необычные

Иод — химический элемент VII группы периодической системы. Атомный номер — 53. Атомная масса — 126,9044. Галоген. Из имеющихся в природе галогенов — самый тяжелый, если, конечно, не считать радиоактивный короткоживущий астат. Практически весь природный иод состоит из атомов одного-единственного изотопа с массовым числом 127. Радиоактивный иод-125 образуется в результате спонтанного деления урана. Из искусственных изотопов иода важнейшие — иод-131 и иод-133; их исноль-зуют в медицине.Молекула элементарного иода, как и у прочих галогенов, состоит из двух атомов. Иод — единственный из галогенов — находится в твердом состоянии при нормальных условиях. Красивые темно-синие кристаллы иода больше всего похожи на графит. Отчетливо выраженное кристаллическое строение, способность проводить электрический ток — все эти «металлические» свойства характерны для чистого иода.Но, в отличие от графита и большинства металлов, иод очень легко переходит в газообразное состояние.

Превратить иод в пар легче даже, чем в жидкость.Чтобы расплавить иод, нужна довольно низкая температура: +113,5° С, но, кроме того, нужно, чтобы пар-додъное давление паров иода над плавящимися кристалов было не меньше одной атмосферы. Иными словами, I узкогорлой колбе иод расплавить можно, а в открытой лабораторной чашке — нельзя. В этом случае пары иода не накапливаются, и при нагревании иод возгонится — перейдет в газообразное состояние, минуя жидкое, что обычно и происходит при нагревании этого вещества. Кстати, температура кипения иода ненамного больше температуры плавления, она равна всего 184,35° С.Но не только простотой перевода в газообразное состояние выделяется иод среди прочих элементов. Очень своеобразно, например, его взаимодействие с водой.Элементарный иод в воде растворяется неважно: при 25° С лишь 0,3395 г/л.

Тем не менее можно получить значительно более концентрированный водный раствор элемента № 53, воспользовавшись тем же нехитрым приемом, который применяют медики, когда им нужно сохранить подольше йодную настойку (3- или 5%-ный раствор иода в спирте): чтобы йодная настойка не выдыхалась, в нее добавляют немного йодистого калия KI. Это же вещество помогает получать и богатые иодом водные растворы: иод смешивают с не слишком разбавленным раствором йодистого калия.Молекулы KI способны присоединять молекулы элементарного иода.

Если с каждой стороны в реакцию вступает по одной молекуле, образуется красно-бурый три-иодид калия. Йодистый калий может присоединить и большее число молекул иода, в итоге получаются соединения различного состава вплоть до КI9. Эти вещества называют пол и н од идами. Полииодиды нестойки, и в их растворе всегда есть элементарный иод, причем в значительно большей концентрации, чем та, которую можно получить прямым растворением иода.Во многих органических растворителях — сероуглероде, керосине, спирте, бензоле, эфире, хлороформе — иод растворяется легко. Окраска неводных растворов иода не отличается постоянством. Например, раствор его в сероуглероде — фиолетовый, а в спирте — бурый. Чем это объяснить?Очевидно, фиолетовые растворы содержат иод в виде молекул I2 Если же получился раствор другого цвета,логично предположить существование в нем соединении иода с растворителем. Однако не все химики разделяютэту точку зрения.

Часть их считает, что различия в окраске йодных растворов объясняются существованием разного рода сил, соединяющих молекулы растворителя нрастворенного вещества.Фиолетовые растворы иода проводят электричество, так как в растворе молекулы I2 частично диссоциируют на ионы I+ и I—. Такое предположение не противоречитпредставлениям о возможных валентностях иода. Главные валентности его: 1— (такие соединения называют иоди-дами), 5+ (иодаты) и 7+ (периодаты). Но известны также соединения иода, в которых он проявляет валентности 1+ и 3+, играя при этом роль одновалентного пли трехвалентного металла. Есть соединение иода с кислородом, в котором элемент № 53 восьмивалентен,— IO4.Но чаще всего иод, как и положено галогену (на внешней оболочке атома семь электропов), проявляет валентность 1—. Как и другие галогены, он достаточно активен — непосредственно реагирует с большинством металлов (даже благородное серебро устойчиво к действию пода лишь при температуре до 50° С), но уступает хлору и брому, не говоря уже о фторе. Некоторые элементы — углерод, азот, кислород, сера, селен — в непосредственную реакцию с иодом не вступают.

Оказывается, йода на Земле меньше, чем лютеция

Иод — элемент достаточно редкий. Его кларк (содержание в земной коре в весовых процентах) — всего 4 x 10-5 °/о. Его меньше, чем самых труднодоступных элементов семейства лантаноидов — тулия и лютеция.Есть у иода одна особенность, роднящая его с «редкими землями», — крайняя рассеянность в природе. Будучи далеко не самым распространенным элементом, иод присутствует буквально везде. Даже в сверхчистых, казалось бы, кристаллах горного хрусталя находят микропримеси иода. В прозрачных кальцитах содержание элемента № 53 достигает 5 x 10-6%. Иод есть в почве, в морской и речной воде, в растительных клетках и организмах животных. А вот минералов, богатых иодом, очень мало. Наиболее известный из них —лаутарит Са(IO3)2. Но промышленных месторождений лаутарита на Земле нет.

Биологические функции йода

Они не ограничиваются йодной настойкой. Не будем подробно говорить о роли иода в жизни растений — он один из важнейших микроэлементов, ограничимся его ролью в жизни человека.Еще в 1854 г. француз Шатен — превосходный химик-аналитик — обнаружил, что распространенность заболевания зобом находится в прямой зависимости от содержания иода в воздухе, почве, потребляемой людьми пище. Коллеги опротестовали выводы Шатена; более того, Французская академия наук признала их вредными. Что же касается происхождения болезни, то тогда считали, что ее могут вызвать 42 причины — недостаток иода в этом перечне не фигурировал.Прошло почти полстолетия, прежде чем авторитет немецких ученых Баумана и Освальда заставил французских ученых признать ошибку. Опыты Баумана и Освальда показали, что щитовидная железа содержит поразительно много иода и вырабатывает иодсодержащие гормоны. Недостаток иода вначале приводит лишь к небольшому увеличению щитовидной железы, но, прогрессируя, эта болезнь — эндемический зоб — поражает многие системы организма. В результате нарушается обмен веществ, замедляется рост. В отдельных случаях эндемический зоб может привести к глухоте, к кретинизму… Эта болезнь больше распространена в горных районах и в местах, сильно удаленных от моря.О широком распространении болезни можно судить даже по произведениям живописи. Один из лучших женских портретов Рубенса «Соломенная шляпка». У красивой женщины, изображенной на портрете, заметна припухлость шеи (врач сразу сказал бы: увеличена щитовидка). Те же симптомы и у Андромеды с картины «Персей и Андромеда».

Признаки йодной недостаточности видны также у некоторых людей, изображенных на портретах и картинах Рембрандта, Дюрера, Ван-Дейка…В нашей стране, большинство областей которой удалены от моря, борьба с эндемическим зобом ведется постоянно — прежде всего средствами профилактики. Простейшее и надежнейшее средство — добавка микродоз иодидов к поваренной соли.Интересно отметить, что история лечебного примененияиода уходит в глубь веков. Целебные свойства веществ, содержащих иод, были известны за 3 тыс. лет до того, как был открыт этот элемент. Китайский кодекс 1567 г. до н. э. рекомендует для лечения зоба морские водоросли…Антисептические свойства иода в хирургии первым использовал французский врач Буанэ. Как ни странно, самые простые лекарственные формы иода — водные и спиртовые растворы — очень долго не находили применения в хирургии, хотя еще в 1865—1866 гг. великий русский хирург Н. И. Пирогов применял йодную настойку при лечении ран.

Приоритет подготовки операционного поля с помощью йодной настойки ошибочно приписывается немецкому врачу Гроссиху. Между тем еще в 1904 г., за четыре года до Гроссиха, русский военврач Н. П. Филончиков в своей статье «Водные растворы иода как антисептическая жидкость в хирургии» обратил внимание хирургов на громадные достоинства водных и спиртовых растворов иода именно при подготовке к операции.Надо ли говорить, что эти простые препараты не утратили своего значения и поныне. Интересно, что иногда йодную настойку прописывают и как внутреннее: несколько капель на чашку молока. Это может принести пользу при атеросклерозе, по нужно помнить, что иод полезен лишь в малых дозах, а в больших он токсичен.

Пятое знакомство — сугубо утилитарное.

Иодом интересуются не только медики. Он нужен геологам и ботаникам, химикам и металлургам.Подобно другим галогенам, иод образует многочисленные иод органические соединения, которые входят в состав некоторых красителей.Соединения иода используют в фотографии и кинопромышленности для приготовления специальных фотоэмульсий и фотопластинок.Как катализатор иод используется в производстве искусственных каучуков.Получение сверхчистых материалов — кремния, титана, гафния, циркония—также не обходится без этого элемента. Иодидный способ получения чистых металлов применяют довольно часто.Йодные препараты используют в качестве сухой смазки для трущихся поверхностей из стали и титана. Изготавливаются мощные йодные лампы накаливании.Стеклянная колба такой лампы заполнена не инертным газом, а парами иода, которые сами излучают свет при высокой температуре.

Иод и его соединения используются в лабораторной практике для анализа и в хемотронных приборах, действие которых основано на окислительно-восстановительных реакциях иода…Немало труда геологов, химиков и технологов уходит на поиски йодного сырья и разработку способов добычи иода. До 60-х годов прошлого столетия водоросли были единственным источником промышленного получения иода. В 1868 г. иод стали получать из отходов селитряного производства, в которых есть иодат и иодид натрия. Бесплатное сырье и простой способ получения иода из селитряных маточных растворов обеспечили чилийскому иоду широкое распространение. В первую мировую войну поступление чилийской селитры и иода прекратилось, и вскоре недостаток иода начал сказываться на общем состоянии фармацевтической промышленности стран Европы. Начались поиски рентабельных способов получения иода.

В нашей стране иод стали получать из подземных и нефтяных вод Кубани, где он был обнаружен русским химиком А. Л. Потылициным еще в 1882 г. Позже подобные воды были открыты в Туркмении и Азербайджане.Но содержание иода в подземных водах и попутных водах нефтедобычи очень мало. В этом и заключалась основная трудность при создании экономически оправданных промышленных способов получения иода. Нужно было найти «химическую приманку», которая бы образовывала с иодом довольно прочное соединение и концентрировала его. Первоначально такой «приманкой» оказался крахмал, потом соли меди и серебра, которые связывали иод в нерастворимые соединения. Испробовали керосин — иод хорошо растворяется в нем. Но все эти способы оказались дорогостоящими, а порой и огнеопасными.В 1930 г. советский инженер В. П. Денисович разработал угольный метод извлечения иода из нефтяных вод, и этот метод довольно долго был основой советского йодного производства. В килограмме угля за месяц накапливалось до 40 г иода…Были испробованы и другие методы. Уже в последниедесятилетия выяснили, что иод избирательно сорбируется высокомолекулярными ионообменными смолами. В йоднойпромышленности мира ионитный способ пока используется ограниченно. Были попытки применить его и у нас, нонизкое содержание иода и недостаточная избирательность ионитов на иод пока не позволили этому, безусловно, перспективному методу коренным образом преобразить йодную промышленность.Так же перспективны геотехнологические методы добычи иода. Они позволят извлекать иод из попутных вод нефтяных и газовых месторождений, не выкачивая эти воды на поверхность. Специальные реактивы, введенные через скважину, под землей сконцентрируют иод, и на поверхность будет идти не слабый раствор, а концентрат. Тогда, очевидно, резко возрастет производство иода и потребление его промышленностью — комплекс свойств, присущих этому элементу, для нее весьма привлекателен.

ЙОД И ЧЕЛОВЕК. Организм человека не только не нуждается в больших количествах иода, но с удивительным постоянством сохраняет в крови постоянную концентрацию (10-5—10-6 %) иода, так называемое йодное зеркало крови. Из общего количества иода в организме, составляющего 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 элементарного иода опасны: доза 2—3 г смертельна. В то же время в форме иодида допускается прием внутрь намного больших доз.Если ввести в организм с пищей значительное количество неорганических солей йода, концентрация его в крови повысится в1000 раз, но уже через 24 часа йодное зеркало крови придет к норме. Уровень йодного зеркала строго подчиняется закономерностям внутреннего обмена и практически не зависит от условий эксперимента.В медицинской практике иодорганические соединения используют для рентгенодиагностики. Достаточно тяжелые ядра атомов йода рассеивают рентгеновские лучи. При введении внутрь организма такого диагностического средства получаются исключительно четкие рентгеиовские снимки отдельных участков тканей.

ИОД И КОСМИЧЕСКИЕ ЛУЧИ. Академик В. И. Вернадский считая, что в образовании иода в земной коре большую роль играют космические лучи, которые вызывают в земной коре ядерные реакции,то есть превращения одних элементов в другие. Благодаря этим превращениям в горных породах могут образовываться очень небольшие количества новых атомов, в том числе атомов йода.

ИОД —СМАЗКА. Всего 0,6% иода, добавленного к углеводородным маслам, во много раз снижают работу трения в подшипниках из нержавеющей стали и титана. Это позволяет увеличить нагрузку на трущиеся детали более чем в 50 раз.

ИОД И СТЕКЛО. Йод применяют для изготовления специальногополяроидного стекла. В стекло (или пластмассу) вводят кристаллики солей йода, 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 стекла, можно достигнуть исключительно красочных эффектов — это явление используют в кинотехнике и в театре.

?