Газообразный йод. Иод . Атомная и молекулярная масса йода

02.07.2020

Электронное строение атома йода

Атом йода состоит из положительно заряженного ядра (+53), внутри которого есть 53 протона и 74 нейтрона, а вокруг, по пяти орбитам движутся 53 электрона.

Рис.1. Схематическое строение атома йода.

Распределение электронов по орбиталям выглядит следующим образом:

53Te) 2) 8) 18) 18) 7 ;

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 5s 2 5p 5 .

Внешний энергетический уровень атома йода содержит 7 электронов, которые являются валентными. Энергетическая диаграмма основного состояния принимает следующий вид:

Валентные электроны атома йода можно охарактеризовать набором из четырех квантовых чисел: n (главное квантовое), l (орбитальное), m l (магнитное) и s (спиновое):

Подуровень

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

При упоминании йода большинство из нас вспоминает маленький пузырек и ватку. Именно так лечили наши мамы царапины и ссадины в детстве. И сегодня можно найти такой йод, цена в аптеке на него копеечная.

Многие взрослые знают, что йод - это очень важный микроэлемент. Он влияет на работу щитовидной железы и участвует в процессе обмена веществ.Йодсодержащие лекарства будут иметь цену на порядок выше от пузырька для обработки ранок. Из чего делают йод? И почему цена на него такая разная?

Что такое йод?

Йод - это минерал, который находится в неорганических соединениях: воде, грунте, после дождя его можно обнаружить в воздухе. Он также присутствует во многих продуктах питания растительного и животного происхождения. Так, общеизвестно, что йода много в ламинарии, а также других морепродуктах: рыбе, моллюсках, ракообразных.

Йод есть и в обычных продуктах питания, хорошо нам известных: яйцах, говядине, молоке, сливочном масле, обычной капусте, других овощах, зерновых культурах. Вся проблема состоит в том, что его в них недостаточно. Так, к примеру, печень трески (считается, что в ней много йода) содержит 800 мкг минерала, и чтобы удовлетворить суточную норму, нужно ежедневно съедать 180 г этого продукта.

Решая вопрос о том, что лучше - зеленка или йод, мы не задумываемся, как важен йод в повседневной жизни человека.

Взрослому нужно 150 мкг йода в сутки, а беременным - 200 мкг. Норма для младенцев составляет 50 мкг, а для школьника - 120 мкг.

Еще одной проблемой, связанной с доставкой этого вещества в организм человека, будет его разрушение в процессе приготовления. Так, во время варки теряется около 50% этого полезного вещества. А пачка уже через месяц будет содержать только 50% от заявленного количества.

Произрастание растений на почвах, бедных на минерал, значительно сократит его количество в соответствующих продуктах питания.

Здесь решение проблемы можно назвать медицинские цена в аптеке на них, однако зачастую далека от общедоступной.

Медицинское применение йода

Почему так важен для нас этот минерал, содержащийся в очень маленьких количествах в организме человека?

Его всего около 25 миллиграмм, но он играет очень важную роль для обменных процессов. Так, около 15 мг йода находится в щитовидной железе и входит в состав образовываемых ею гормонов трийодтиронина и тироксина. Эти гормоны отвечают за множество функций:

оказывают стимулирующее воздействие на рост и развитие организма в целом;
регулируют энергетический и тепловой обмен;
участвуют в окислении углеводов, жиров и белков;
ускоряют процесс распада холестерина;
без них не обходится регуляция сердечной деятельности;
они препятствуют процессу свертываемости крови и образованию тромбов;
они очень важны для развития центральной нервной системы.

Оставшиеся 10 мг разместились в репродуктивных органах яичниках (у женщин) и предстательной железе (у мужчин), почках, печени, волосах и ногтях.

Недостаток этого вещества в организме ребенка может вызвать задержку его физического и умственного развития, а его избыток приведет к отравлению под названием "йодизм", возможно, к нарушению работы щитовидной железы, грозному заболеванию под названием "гипертиреоз".

Для разных целей фармакологическая промышленность выпускает разные препараты. Сегодня на лекарства, содержащие легкоусвояемый йод, цена высока. И связано это не только с технологическим процессом изготовления лекарства, но также с тем, что сама добыча йода технологически сложна и финансово затратна.

Очень многих интересует простой вопрос о том, что лучше - зеленка или йод при обработке свежих ран? Здесь следует помнить, что йод не только предупредит развитие грибка и уничтожит инфекцию, с этим также хорошо справляется зеленка. Он будет способствовать более быстрому заживлению ранки - и в этом случае йод более предпочтителен.

Промышленное использование минерала

Йод важен не только для обеспечения нормального жизненного цикла человека, его используют во многих отраслях промышленности, он нужен для производства большого количества продукции.

Так, при участии этого вещества делают рентгенологические снимки, изготавливают фотографии, добавляют к маслу для подшипников, с его участием производят стекла для фар и светильники со спецэффектами, он нужен для получения металлов высокой чистоты.

Сегодня развивается новое направление в производстве ламп накаливания, где важную роль играет йод. Применение его позволит значительно продлить срок службы обычных ламп накаливания с вольфрамовой спиралью.

Согласно статистике, 99% известных запасов йода находится в Японии и Чили, они являются основными поставщиками его на мировой рынок. Так, чилийскими компаниями производится свыше 720 тонн йода в год.

Производственные мощности России позволяют вырабатывать до 200 тонн минерала-сырца за год, что меньше потребности страны в 6 раз.

Добыча йода из морских водорослей

Вопрос необходимости промышленной добычи этого вещества возник в 18 веке. Еще тогда было замечено, что морские растения обладают повышенным содержанием этого важного минерала. Первым промышленным производствам была добыча йода из морских водорослей. В России такой завод построили в Екатеринбурге (1915), он производил минерал из филлофлоры (водоросли Черного моря).

Сегодня добыча этого минерала-сырца из водорослей - это наиболее распространенный метод получения йода в промышленных масштабах. Производство строят возле моря, в ходе процесса добывают из золы высушенного морского растения. Наиболее крупные предприятия добывают в год до 300 тонн кристаллического минерала.

Морская ламинария отнесена к основным источникам промышленной добычи йода. Она содержит 0,8-0,16% йода (в сухом веществе).

Выделение минерала из селитряных отходов

Выделение йода из маточных рассолов производства селитры - один из наиболее дешевых промышленных методов. Здесь на вопрос о том, из чего делают йод, ответ будет простым - из отходов.

Было обнаружено, что при производстве или натриевой) в остается до 4 г йодата и йодида натрия на каждый 1 кг рассола (это 0,4%). Метод применяется более 200 лет во всем мире, главное его достоинство - это дешевизна.

Получение йода из рассолов

Еще одним ответом на вопрос о том, из чего делают йод, будет добыча минерала из природного неорганического сырья - природных рассолов.

Дело в том, что при бурении нефтяных скважин в сопутствующих водах было обнаружено значительное количество йода, порой свыше 100 мкг на 1 л, но в основном не выше 40. Эту особенность глубинных вод обнаружил Потылицын А.Л (русский химик) в 1882 году, однако добывать минерал из рассолов было дорого и экономически невыгодно.

Промышленная добыча началась только в советские времена после того, как изобрели угольный метод накопления йода (1930). Уголь способен накапливать до 40 г йода на 1 кг за месяц. Сейчас это один из основных методов добычи кристалла-сырца в России.

Ионитная добыча

Эта методика очень широко используется в Японии. Способ новый и получил широкое применение только в последние десятилетия. Здесь для извлечения сырца используют высокомолекулярные ионообменные смолы.

Однако в России он не используется, так как не дает возможности извлечь весь йод из сырья и оставляет значительное его количество в отходах.

Инновационные методики В. Ганяева

Недавно в профессором В. Ганяевым было разработано уникальную технологию добычи йода из минеральной воды. Летом 2016 года создано специальную установку, и сегодня она успешно проходит испытания.

По подсчетам ученых, новая технология не только экологически чище, но и экономически выгоднее, здесь не используют хлористые соединения и рассолы серной кислоты. При ее использовании количество добываемого минерала-сырца составит 24 г на 1 литр концентрата.

Так что на вопрос о том, из чего делают йод,можно также ответить что в России - из минеральной воды. Хотя ученые считают, что данная технология позволит намного эффективнее использовать сопутствующие нефтедобычи рассолы.

Как производят медицинский йод?

Сегодня хорошо нам известный антисептик - спиртовой 5-процентный йод, применение получает все реже. На смену ему пришли препараты, где йод используется в соединении с крахмалом.

Если рассматривать вопрос о том, есть ли разница в производстве технического йода и медицинского, то тут следует обратить внимание на следующее.

При производстве сырца в промышленных масштабах, его вырабатывают в форме кристаллического минерала с определенным содержанием чистого йода (по таблице Менделеева).
Йод медицинский становится таковым после соединения кристаллов сырца с другими веществами: водой, спиртами, эфирами.

Отсюда вывод: изначально кристаллы йода не разделяются на медицинские и технические - этот статус они получают в процессе дальнейшей обработки.

Цена на препараты йода в аптеках зависит не от основного компонента, а тех дополнительных составляющих, которые войдут в лекарство. В хорошо знакомом нам пузырьке антисептика есть только йод и этиловый спирт, тогда как, например, препараты для лечения гипертиреоза окажутся на 2 порядка дороже. Они содержат множество других компонентов.

Медицинский 5% раствор йода

Йод очень популярное средство для обеззараживания различных повреждений кожи (ссадины, царапины, порезы и т.д.). Еще одно его распространенное применение — йодная сетка, я уверен многие испытали это на себе в детстве. А вы знаете из чего делают йод? Почему одни его растворы коричневые, а другие фиолетовые?

Йод при нормальных условиях - это кристаллы чёрно-серого цвета с фиолетовым металлическим блеском. В медицине мы используем чаще всего 5% раствор йода в спирте.

Спиртовый раствор йода имеет коричневый цвет, раствор йода в неполярных органических растворителях имеет фиолетовый цвет, пары йода имеют также фиолетовый цвет.

Как добывают йод

Йод крайне редко встречается в природе как минерал, чаще всего он находится в виде иодидов в морской воде, в живых организмах. Запасы природных иодидов оцениваются в 15 млн тонн, 99 % запасов находятся в Чили и Японии.

Существует несколько способов получения йода:

Сырьём для промышленного получения йода в России служат нефтяные буровые воды, тогда как в зарубежных странах, не обладающих нефтяными месторождениями, используются морские водоросли, а также маточные растворы чилийской (натриевой) селитры, щёлок калийных и селитряных производств, что намного удорожает производство иода из такого сырья.

Применение йода

Одно из важнейших применени йода — в медицине. 5% спиртовой раствор иода используется для дезинфекции кожи вокруг различных ран.

При большом количестве внутримышечных инъекций, на их месте пациенту делается йодная сетка. Это необходимо для того, чтобы быстрее рассасывались «шишки», образовавшиеся в местах внутримышечных инъекций.

Пример йодной сетки

В рентгенологических и томографических исследованиях широко применяются йодсодержащие контрастные препараты.

При дефиците йода в огранизме его 5% спиртовой раствор не применяют внутрь!

В криминалистике пары иода применяются для обнаружения отпечатков пальцев на бумажных поверхностях, например, на купюрах.

Иод используется в качестве компонента положительного электрода (окислителя) в литиево-иодных аккумуляторах для автомобилей.

В галогеновых лампах йод используется в качестве компонента газового наполнителя колбы для осаждения испарившегося вольфрама нити накаливания обратно на неё.
Опасность йода

Йод ядовит! Смертельная доза йода - 3 г. Вызывает поражение почек и сердечно-сосудистой системы.

При вдыхании паров йода появляется головная боль, кашель, насморк, может быть отёк лёгких.

При попадании на слизистую оболочку глаз появляется слезотечение, боль в глазах и покраснение.

При попадании внутрь появляется общая слабость, головная боль, повышение температуры, рвота, понос, бурый налёт на языке, боли в сердце и учащение пульса. Через день появляется кровь в моче. Через 2 дня появляются почечная недостаточность и миокардит. Без лечения наступает летальный исход.

Изначально кристаллы йода не разделяются на медицинские и технические – этот статус они получают в процессе дальнейшей обработки.

Иод (лат. Iodum), I, химический элемент VII группы периодической системы Менделеева, относится к галогенам (в литературе встречается также устаревшие название Йод и 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 году французский химик Б. Куртуа. Нагревая маточный рассол золы морских водорослей с концентрированной серной кислотой, он наблюдал выделение фиолетового пара (отсюда название Иод - от греч. iodes, ioeides - похожий цветом на фиалку, фиолетовый), который конденсировался в виде темных блестящих пластинчатых кристаллов. В 1813-1814 годах французский химик Ж. Л. Гей-Люссак и английский химик Г. Дэви доказали элементарную природу Иода.

Распространение Иода 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 и других) 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 и другими). Известны восемь гипергенных минералов Иода, образующихся в биосфере, однако они очень редки. Основным резервуаром Иода для биосферы служит Мировой океан (в 1 л в среднем содержится 5·10 -5 г 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 иодобромные воды, особенно характерные для районов нефтяных месторождений (местами 1 л этих вод содержит свыше 100 мг Иода).

Физические свойства Иода. Плотность Иода 4,94 г/см 3 , t пл 113,5°C, t кип 184,35 °С. Молекула жидкого и газообразного Иода состоит из двух атомов (I 2). Заметная диссоциация I 2 = 2I наблюдается выше 700 °C, 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 °C), хорошо - в сероуглероде и органических растворителях (бензоле, спирте и других), а также в водных растворах иодидов.

Химические свойства Иода. Конфигурация внешних электронов атома Иода 5s 2 5p 5 . B соответствии с этим Иод проявляет в соединениях переменную валентность (степень окисления): -1 (в HI, KI), +1 (в HIO, KIO), +3 (в ICl 3), +5 (в HIO 3 , KIO 3) и +7 (в HIO 4 , KIO 4). Химически Иод довольно активен, хотя и в меньшей степени, чем хлор и бром. С металлами Иод при легком нагревании энергично взаимодействует, образуя иодиды (Hg + I 2 = HgI 2). С водородом Иод реагирует только при нагревании и не полностью, образуя иодистый водород. С углеродом, азотом, кислородом Иод непосредственно не соединяется. Элементарный Иод - окислитель, менее сильный, чем хлор и бром. Сероводород H 2 S, тиосульфат натрия Na 2 S 2 O 3 и другие восстановители восстанавливают его до I - (I 2 + H 2 S = S + 2HI). Хлор и другие сильные окислители в водных растворах переводят его в IO 3 - (5Cl 2 + I 2 + 6H 2 O = 2HIO 3 H + 10НСl). При растворении в воде Иод частично реагирует с ней (I 2 + H 2 O = HI + HIO); в горячих водных растворах щелочей образуются иодид и иодат (3I 2 + 6NaOH = 5NaI + NaIO 3 + 3H 2 O). 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 Иода. Сырьем для промышленного получения Иода служат нефтяные буровые воды; 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 Иод в виде иодидов) на них сначала действуют хлором (2 NaI + Cl 2 = 2NaCl + I 2) или азотистой кислотой (2NaI + 2NaNO 2 + 2H 2 SO 4 = 2Na 2 SO 4 + 2NO + I 2 + 2H 2 O). Выделившийся Иод либо адсорбируют активным углем, либо выдувают воздухом. На Иод, адсорбированный углем, действуют едкой щелочью или сульфитом натрия (I 2 + Na 2 SO 3 + H 2 O = Na 2 SO 4 + 2HI). Из продуктов реакции свободный Иод выделяют действием хлора или серной кислоты и окислителя, например, дихромата калия (K 2 Cr 2 O 7 + 7H 2 SO 4 + 6NaI = K 2 SO 4 + 3Na 2 SO 4 + Cr 2 (SO 4)S + 3I 2). При выдувании воздухом Иод поглощают смесью оксида серы (IV) с водяным паром (2H 2 O + SO 2 + I 2 = H 2 SO 4 + 2HI) и затем вытесняют Иод хлором (2HI + Cl 2 = 2HCl + I 2). Сырой кристаллический Иод очищают возгонкой.

Применение Иода. Иод и его соединения применяют главным образом в медицине и в аналитической химии, а также в органическом синтезе и фотографии.

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 других микроэлементами (Co, 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 м 3 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, 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 (131 I и 125 I) 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 желчью.

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 Иоде 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 т 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 рентгеноконтрастные 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) и пр. Препараты Иода нельзя принимать при туберкулезе легких, беременности, при заболеваниях почек, хронической пиодермии, геморрагических диатезах, крапивнице.

Иод радиоактивный. Искусственно радиоактивные изотопы Иода - 125 I, 131 I, 132 I и другие широко используются в биологии и особенно в медицине для определения функционального состояния щитовидной железы и лечения ряда ее заболеваний. Применение радиоактивного Иода в диагностике связано со способностью Иода избирательно накапливаться в щитовидной железе; использование в лечебных целях основано на способности β-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 Иода (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.

Газообразный йод. Иод ﻿. Атомная и молекулярная масса йода

Читайте также