JOD: ZGODOVINA, LASTNOSTI, STRUKTURA, PRIDOBIVANJE, TVEGANJA, UPORABE - KEMIJA - 2026

Jod reaktivna ne - kovinski element, ki spada v skupino 17 periodnega sistema (halogeni) in je predstavljena s kemijskim simbolom I. To je v bistvu element zelo popularno znan iz joda vodo, dokler hormona tirozina .

V trdnem stanju je jod temno siv s kovinskim sijajem (spodnja slika), ki ga lahko sublimira, da ustvari vijolično obarvano paro, ki ob kondenzaciji na hladni površini pušča temen ostanek. Poskusi za prikaz teh lastnosti so bili številni in privlačni.

Trdni kristali joda. Vir: BunGee

Ta element je Bernard Curtois prvič izoliral leta 1811, medtem ko je dobil spojine, ki so služile kot surovina za proizvodnjo nitrata. Vendar Curtois joda ni opredelil kot element, kar sta si zaslužila Joseph Gay-Lussac in Humphry Davy. Gay-Lussac je element označil kot "joda", izraz, ki izvira iz grške besede "ioidi", s katero je bila označena barva vijolična.

Elementarni jod je, tako kot ostali halogeni, diatomska molekula, sestavljena iz dveh atomov joda, ki ju povezuje kovalentna vez. Van der Waalsova interakcija med molekulami joda je najmočnejša med halogeni. To pojasnjuje, zakaj je jod halogen z najvišjimi tališči in vrelišči. Poleg tega je najmanj reaktivni od halogenov in tisti z najnižjo elektronegativnostjo.

Jod je bistven element, ki ga je treba zaužiti, saj je potreben za rast telesa; možganski in duševni razvoj; presnova na splošno itd., priporoča dnevni vnos 110 µg / dan.

Pomanjkanje joda v stanju ploda osebe je povezano s pojavom kretenizma, stanja, za katerega je značilno upočasnitev rasti telesa; pa tudi premajhen duševni in intelektualni razvoj, strabizem itd.

Medtem je pomanjkanje joda pri kateri koli starosti posameznika povezano s pojavom goiterja, za katerega je značilna hipertrofija ščitnice. Goiter je endemska bolezen, saj je omejen na določena geografska območja z lastnimi prehranskimi značilnostmi.

Zgodovina

Odkritje

Jod je odkril francoski kemik Bernard Curtois leta 1811, medtem ko je skupaj z očetom sodeloval pri proizvodnji nitrata, ki je za to potreboval natrijev karbonat.

Ta spojina je bila izolirana iz morskih alg, ki so jih zbirale ob obalah Normandije in Bretanje. V ta namen so alge spali in pepel oprali z vodo, nastale ostanke pa uničili z dodatkom žveplove kisline.

Curtois je ob neki priložnosti, morda zaradi naključne napake, dodal presežek žveplove kisline in nastala je škrlatna para, ki se je kristalizirala na hladnih površinah in se naselila kot temni kristali. Curtois je sumil, da je prisoten nov element, in ga poimenoval "Snov X".

Curtois je odkril, da ta snov, pomešana z amonijakom, tvori rjavo trdno snov (dušikov trijodid), ki ob minimalnem stiku eksplodira.

Vendar je bil Curtois v nadaljevanju raziskav omejen in se je odločil, da bo vzorce svoje snovi dal Charlesu Desormesu, Nicolasu Clémentu, Josephu Gay-Lussacu in André-Marie Ampère, da bi dosegel sodelovanje.

Pojav imena

Novembra 1813 sta Desormes in Clément objavila Curtoisova odkritja javna. Decembra istega leta je Gay-Lussac opozoril, da bi lahko nova snov predstavljala nov element, kar je predlagalo ime "joda" iz grške besede "ioides", ki je označena za vijolično.

Sir Humphry Davy, ki je prejel del vzorca, ki ga je Amperju dal Curtois, je eksperimentiral z vzorcem in ugotovil podobnost s klorom. Decembra 1813 se je londonsko kraljevsko društvo vključilo v identifikacijo novega elementa.

Čeprav se je med Gay-Lussacom in Davyjem začela razprava o identifikaciji joda, sta oba priznala, da jo je Curtois prvi izoliral. Leta 1839 je Curtois končno prejel Montynovo nagrado Kraljeve akademije znanosti kot priznanje za izolacijo joda.

Zgodovinske rabe

Leta 1839 je Louis Daguerre dal jod svojo prvo komercialno uporabo in izumil postopek za izdelavo fotografskih slik, imenovanih dagerotipi, na tankih kovinskih listih.

Leta 1905 je severnoameriški patolog David Marine raziskal pomanjkanje joda pri določenih boleznih in priporočil njegov vnos.

Fizikalne in kemijske lastnosti

Videz

Sublimacija kristalov joda. Vir: Ershova Elizaveta

Trdna temno siva s kovinskim sijajem. Če je sublimiran, so njegovi hlapi vijolične barve (zgornja slika).

Standardna atomska teža

126.904 u

Atomska številka (Z)

53

Tališče

113,7 ° C

Vrelišče

184,3 ºC

Gostota

Temperatura okolice: 4,933 g / cm ³

Topnost

Raztopi se v vodi, pri čemer nastanejo rjave raztopine s koncentracijo 0,03% pri 20 ° C.

Ta topnost se znatno poveča, če obstajajo že raztopljeni jodidni ioni, saj je med I ^- in I ₂ vzpostavljeno ravnotežje, da se tvori anionska vrsta I ₃ ^- , ki se topi bolje kot jod.

V organskih topilih, kot so kloroform, ogljikov tetraklorid in ogljikov sulfid, se jod raztopi in daje vijoličen odtenek. Prav tako se raztopi v dušikovih spojinah, kot so piridin, kinolin in amonijak, da ponovno tvori rjavkasto raztopino.

Razlika v colorations je v tem, da se jod razpustijo raztopljena I ₂ molekuli , ali s prenosom naboja kompleksov; slednji se pojavljajo pri obravnavi polarnih topil (voda med njimi), ki se obnašajo kot Lewisove baze z dajanjem elektrona jodu.

Neprijeten vonj

Ostre, dražilne in značilne. Prag vonja: 90 mg / m ³ in prag dražilnega vonja: 20 mg / m ³ .

Porazdelitveni koeficient oktanol / voda

Dnevnik P = 2,49

Razgradnja

Ko se segreje, da razpade, sprošča dim vodikovega jodida in različnih jodidnih spojin.

Viskoznost

2,27 cP pri 116 ° C

Trojna točka

386,65 K in 121 kPa

Kritična točka

819 K in 11,7 MPa

Vročina fuzije

15,52 kJ / mol

Toplota izparevanja

41,57 kJ / mol

Molarna kalorična zmogljivost

54,44 J / (mol K)

Parni tlak

Jod ima zmeren parni tlak in ko odprete posodo, se počasi sublimira v vijolično paro, ki draži oči, nos in grlo.

Oksidacijske številke

Oksidacijske številke za jod so: - 1 (I ^- ), +1 (I ⁺ ), +3 (I ³⁺ ), +4 (I ⁴⁺ ), +5 (I ⁵⁺ ), +6 ( I ⁶⁺ ) in +7 (I ⁷⁺ ). V vseh jodidnih solih, kot je KI, ima jod oksidacijsko število -1, saj v njih imamo anion I ^- .

Jod pridobi pozitivne oksidacijske številke, kadar je kombiniran z elementi, ki so bolj negativni od njega; na primer v njegovih oksidih (I ₂ O ₅ in I ₄ O ₉ ) ali interhalogeniranih spojinah (IF, I-Cl in I-Br).

Elektronegativnost

2,66 po Paulingovi lestvici

Ionizacijska energija

Najprej: 1.008,4 kJ / mol

Drugo: 1.845 kJ / mol

Tretjič: 3.180 KJ / mol

Toplotna prevodnost

0,449 W / (m K)

Električni upor

1,39 · 10 ⁷ Ω · m pri 0 ° C

Magnetni red

Diamagnetno

Reaktivnost

Jod se kombinira z večino kovin, da tvori jodide, pa tudi nekovinske elemente, kot sta fosfor in drugi halogeni. Jodidni ion je močno redukcijsko sredstvo, ki spontano sprošča elektron. Oksidacija jodida ustvari rjavkast odtenek joda.

Jod je v nasprotju z jodidom šibko oksidacijsko sredstvo; šibkejši od broma, klora in fluora.

Jod z oksidacijsko številko +1 lahko kombiniramo z drugimi halogeni z oksidacijsko številko -1, da dobimo halogenide joda; na primer: jod bromid, IBr. Prav tako se kombinira z vodikom, da nastane vodikov jodid, ki se po raztapljanju v vodi imenuje hidroiodna kislina.

Hidroiotska kislina je zelo močna kislina, ki lahko tvori jodide z reakcijo s kovinami ali njihovimi oksidi, hidroksidi in karbonati. Jod ima stanje 5 oksidacije v jodove kisline (tio ₃ ), ki je dehidriran, da dobimo jod pentoksid (I ₂ O ₅ ).

Struktura in elektronska konfiguracija

- Jodov atom in njegove vezi

Diatomska molekula joda. Vir: Benjah-bmm27 prek Wikipedije.

Jod v svojem osnovnem stanju sestoji iz atoma, ki ima sedem valenčnih elektronov, le en pa lahko dokonča svoj oktet in postane izelektronski z žlahtnim plinskim ksenonom. Teh sedem elektronov je razporejenih v svojih 5s in 5p orbitalah v skladu z njihovo elektronsko konfiguracijo:

4d ¹⁰ 5s ² 5p ⁵

Zato imajo atomi I močno nagnjenost k kovalentni vezi, tako da ima vsak posameznik osem elektronov v svoji najbolj oddaljeni lupini. Tako sta sem atomi zberejo skupaj in tvorita vez II, ki opredeljuje dvoatomna molekula I ₂ (zgornja slika); molekularna enota joda v treh fizikalnih stanjih v normalnih pogojih.

Slika prikazuje I ₂ molekula predstavlja model prostorsko polnjenja. To ni samo diatomska molekula, ampak tudi homonuklearna in apolarna; zato njihove medmolekulske interakcije (I ₂ - I ₂ ) urejajo londonske disperzijske sile, ki so neposredno sorazmerne z njihovo molekulsko maso in velikostjo atomov.

Vendar je ta vez II šibkejša v primerjavi z drugimi halogeni (FF, Cl-Cl in Br-Br). Teoretično je to posledica slabega prekrivanja njihovih hibridnih orbital sp ³ .

- Kristali

Molekulska masa I ₂ omogoča svojim disperzijska sile biti usmerjena in dovolj močna, da vzpostavi ortorombični kristalni na tlak okolice. Njegova visoka vsebnost elektronov povzroči, da svetloba spodbuja neskončne prehode energije, zaradi česar se kristali joda obarvajo črno.

Ko jod sublimira, pare kažejo vijolično obarvanost. To je že kaže bolj specifične prehod znotraj sem ₂ molekulskih orbital (te višje energije ali anti-lepljenje).

Bazocentrična ortorombična enota za kristal joda. Vir: Benjah-bmm27.

Zgoraj so narisani I ₂ molekule , ki jih kroglic in drogovi vzorca zastopane, razporejeni v ortorombični osnovne celice.

Vidimo, da obstajata dve plasti: spodnja s petimi molekulami in srednja s štirimi. Upoštevajte tudi, da molekula joda sedi na dnu celice. Steklo nastaja tako, da občasno razporedimo te plasti v vse tri dimenzije.

Če potujemo v smeri vzporedno z vezmi II, ugotovimo, da se jodne orbitale prekrivajo, da ustvari prevodni pas, zaradi česar je ta element polprevodnik; vendar njegova sposobnost vodenja električne energije izgine, če sledimo smeri, ki je pravokotna na plasti.

Povezava razdalje

Zdi se, da se je povezava II razširila; in v resnici je tako, saj se dolžina njegove vezi poveča od 266 pm (plinasto stanje) do 272 pm (trdno stanje).

To je lahko posledica dejstva, da so I ₂ molekule so zelo daleč narazen v plinu , njihove sile med molekulami so skoraj zanemarljivi; medtem ko v trdnem delu te sile (II - II) postanejo oprijemljive, privabljajo atome joda dveh sosednjih molekul drug proti drugemu in posledično skrajšajo medmolekulsko razdaljo (ali interatomsko, gledano na drug način).

Potem, ko se jodni kristal sublimira, se vez II stisne v plinski fazi, saj sosednje molekule ne izvajajo več tako privlačne (disperzivne) sile na svojo okolico. In tudi, logično se povečuje razdalja I ₂ - I ₂ .

- Faze

Prej je bilo omenjeno, da je II vez šibkejša v primerjavi z drugimi halogeni. V plinastem stanju pri temperaturi 575 ° C, 1% od I ₂ molekule razpadejo v posameznih atomov I. Toliko toplotne energije je, da se samo dva, ki se ponovno pridružita, ločita in podobno.

Podobno lahko pride do pretrganja vezi, če na kristale joda izvajamo ogromne pritiske. Z stisniti preveč (pod tlakom sto tisoč krat višja od atmosferskega), je I ₂ molekule prerazporedile kot enoatomarnega fazi I in jod nato omenjeno razstavljanje kovinskih značilnosti.

Vendar pa obstajajo tudi druge kristalne faze, kot so: ortromemija v središču telesa (faza II), tetragonalna v telesu (faza III) in kubična (kupec faza IV).

Kje najti in pridobiti

Jod v razmerju do zemeljske skorje znaša 0,46 ppm, kar je po številu 61. mesto. Jodni minerali so redki, nahajališča joda, ki jih komercialno izkoriščamo, so jodati.

Jodni minerali najdemo v magnetnih kamninah s koncentracijo od 0,02 mg / kg do 1,2 mg / kg in v magmatskih kamninah s koncentracijo od 0,02 mg do 1,9 mg / kg. Najdemo ga lahko tudi v skrilavcu Kimmeridge, s koncentracijo 17 mg / kg teže.

Tudi minerali joda najdemo v fosfatnih kamninah s koncentracijo od 0,8 do 130 mg / kg. V morski vodi je koncentracija joda v območju od 0,1 do 18 µg / L. Morske alge, spužve in ostrige so bile prej glavni viri joda.

Trenutno pa so glavni viri kalihe, nahajališča natrijevega nitrata v puščavi Atacama (Čile) in slanice, večinoma z japonskega plinskega polja v Minami Kanto, vzhodno od Tokija, in plinsko polje Anadarko. Bazen v Oklahomi (ZDA).

Kalič

Jod se iz kaliha izloči v obliki jodata in obdela z natrijevim bisulfitom, da se zmanjša na jodid. Raztopina nato reagira s sveže ekstrahiranim jodatom, da se olajša njegova filtracija. Kalič je bil glavni vir joda v 19. in začetku 20. stoletja.

Slanica

Po čiščenju slanico obdelamo z žveplovo kislino, ki proizvaja jodid.

Ta jodidna raztopina nato reagira s klorom, da nastane razredčena raztopina joda, ki se izhlapi s tokom zraka, ki se preusmeri v absorpcijski stolp žveplovega dioksida, pri čemer nastane naslednja reakcija:

I ₂ + 2 H ₂ O + SO ₂ => 2 HI + H ₂ SO ₄

Nato plin vodikov jodid reagira s klorom in tako sprošča jod v plinastem stanju:

2 HI + Cl ₂ => I ₂ + 2 HCl

In na koncu se jod filtrira, očisti in pakira za uporabo.

Biološka vloga

- Priporočena prehrana

Jod je bistven element, saj posega v številne funkcije pri živih bitjih, ki so še posebej znane pri ljudeh. Edini način, da jod vstopi v človeka, je s hrano, ki jo poje.

Priporočena jodna dieta se razlikuje glede na starost. Tako 6-mesečni otrok potrebuje vnos 110 µg / dan; Toda od 14. leta dalje je priporočena dieta 150 µg / dan. Poleg tega je navedeno, da vnos joda ne sme presegati 1.100 µg / dan.

- Ščitnični hormoni

Ščitnični stimulirajoči hormon (TSH) izloča hipofiza in spodbuja vnos joda v folikle ščitnice. Jod se prenese v folikle ščitnice, znane kot koloidi, kjer se veže na aminokislino tirozin in tvori monoiodotirozin in diiodotirozin.

V folikularni koloida, molekula monoiodothyronine veže z molekulo diiodothyronine da se tvori molekulo imenovano trijodtironin (T ₃ ). Po drugi strani pa lahko dve molekuli diiodotyrosine združijo in tvorijo tetraiodothyronine (T ₄ ). T ₃ in T ₄ se imenujejo ščitnični hormoni.

Hormoni T ₃ in T ₄ se izločajo v plazmi, kjer se veže na plazemske proteine; vključno s proteinom prenašalcev hormonov ščitnice (TBG). Večina ščitničnih hormonov se v plazmi transportira kot T ₄ .

Vendar pa je aktivna oblika ščitničnih hormonov T ₃ , tako da T ₄ v "belih organov" iz tiroidnih hormonov, podvržen dejodiranju in se pretvori v T ₃ da izvajajo svojo hormonskim delovanjem.

Učinki uredijo

Učinki delovanja ščitničnih hormonov so številni, možni so naslednji: povečan metabolizem in sinteza beljakovin; pospeševanje rasti telesa in razvoja možganov; zvišan krvni tlak in srčni utrip itd.

- Pomanjkanje

Pomanjkanje joda in s tem ščitničnih hormonov, znanih kot hipotiroidizem, ima številne posledice, na katere vpliva starost osebe.

Če se pomanjkanje joda pojavi med plodom osebe, je najpomembnejša posledica kretenizem. Za to stanje so značilni znaki, kot so oslabljena miselna funkcija, zakasnjen telesni razvoj, strabizem in zapoznelo spolno zorenje.

Pomanjkanje joda lahko povzroči goiter, ne glede na starost, pri kateri se pomanjkanje pojavi. Goiter je prekomerna razvitost ščitnice, ki jo povzroča prekomerna stimulacija žleze s pomočjo hormona TSH, ki se sprosti iz hipofize zaradi pomanjkanja joda.

Prevelika velikost ščitnice (goiter) lahko stisne sapnik, kar omeji prehod zraka skozi njega. Poleg tega lahko povzroči poškodbe laringealnih živcev, kar lahko vodi v hripavost.

Tveganja

Zastrupitev zaradi čezmernega vnosa joda lahko povzroči opekline v ustih, grlu in vročino. Tudi bolečine v trebuhu, slabost, bruhanje, driska, šibek pulz in komo.

Presežek joda povzroči nekatere simptome, ki jih opazimo pri pomanjkanju: obstaja zaviranje sinteze ščitničnih hormonov, s čimer se poveča sproščanje TSH, kar ima za posledico hipertrofijo ščitnice; torej goiter.

Študije so pokazale, da čezmerni vnos joda lahko povzroči tiroiditis in papilarni rak ščitnice. Poleg tega lahko prekomerni vnos joda vpliva na zdravila, kar omejuje njihovo delovanje.

Zaužitje preveč joda v povezavi z antitiroidnimi zdravili, kot je metimazol, ki se uporablja za zdravljenje hipertiroidizma, lahko ima dodaten učinek in povzroči hipotiroidizem.

Za zdravljenje zaviralcev hipertenzije se uporabljajo zaviralci angiotenzinsko pretvorbe (ACE), kot je benazepril. Jemanje prevelike količine kalijevega jodida poveča tveganje za hiperkalemijo in hipertenzijo.

Prijave

Zdravniki

Jod deluje kot razkužilo za kožo ali rane. Ima skoraj trenutno protimikrobno delovanje, prodira v notranjost mikroorganizmov in v interakciji z žveplovimi aminokislinami, nukleotidi in maščobnimi kislinami, kar povzroči celično smrt.

Svoje protivirusno delovanje izvaja predvsem na pokrite viruse, pri čemer predpostavlja, da napade beljakovine na površini zajetih virusov.

Kalijev jodid v obliki koncentrirane raztopine se uporablja pri zdravljenju tirotoksikoze. Uporablja se tudi za nadzor učinkov sevanja ¹³¹ I z blokiranjem vezave radioaktivnega izotopa na ščitnico.

Jod se uporablja pri zdravljenju dendritičnega keratitisa. Če želite to narediti, je roženica izpostavljena vodni vodi, nasičeni z jodom, začasno izgubi epitelij roženice; vendar je v dveh ali treh dneh popolno okrevanje od njega.

Tudi jod blagodejno vpliva na zdravljenje cistične fibroze človeške dojke. Prav tako se domneva, da bi ¹³¹ lahko bil neobvezno zdravljenje raka ščitnice.

Reakcije in katalitično delovanje

Jod se uporablja za zaznavanje prisotnosti škroba, ki daje modri odtenek. Reakcija joda s škrobom se uporablja tudi za zaznavanje prisotnosti ponarejenih bankovcev, natisnjenih na papirju, ki vsebuje škrob.

Kalijev (II) tetraiodomerkurat, znan tudi kot Nesslerjev reagent, se uporablja pri odkrivanju amoniaka. V preskusu z jodoformom se uporablja tudi alkalna raztopina joda, ki dokazuje prisotnost metil ketonov.

Anorganski jodidi se uporabljajo pri čiščenju kovin, na primer titana, cirkonija, hafnija in torija. V eni fazi postopka je treba tvoriti tetraiodide teh kovin.

Jod služi kot stabilizator za kolofonijo, olje in druge izdelke iz lesa.

Jod se uporablja kot katalizator v reakcijah organske sinteze metilacije, izomerizacije in dehidrogenacije. Medtem se hidroidna kislina uporablja kot katalizator za proizvodnjo ocetne kisline v procesih Monsanto in Cativa.

Jod deluje kot katalizator pri kondenzaciji in alkiliranju aromatskih aminov, pa tudi pri postopkih sulfacije in sulfacije ter pri proizvodnji sintetičnih gum.

Fotografija in optika

Srebrni jodid je bistveni sestavni del tradicionalnega fotografskega filma. Jod se uporablja pri izdelavi elektronskih instrumentov, kot so monokristalni prizmi, polarizirajoči optični instrumenti in steklo, ki lahko prenašajo infrardeče žarke.

Druge uporabe

Jod se uporablja pri proizvodnji pesticidov, anilinskih barvil in ftaleina. Poleg tega se uporablja pri sintezi barvil in je sredstvo za gašenje dima. In končno, srebrov jodid služi kot kondenzacijsko jedro za vodno paro v oblakih, da bi povzročil dež.

Reference

1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganska kemija. (Četrta izdaja). Mc Graw Hill.
2. Stuart Ira Fox. (2003). Človeška fiziologija. Prva izdaja. Uredi. McGraw-Hill Interamericana
3. Wikipedija. (2019). Jod. Pridobljeno: en.wikipedia.org
4. Takemura Kenichi, Sato Kyoko, Fujihisa Hiroshi in Onoda Mitsuko. (2003). Modulirana struktura trdnega joda med njegovo molekularno disociacijo pod visokim tlakom. Narava zvezek 423, strani971–974. doi.org/10.1038/nature01724
5. Chen L. in sod. (1994). Strukturni fazni prehodi joda pri visokem tlaku. Inštitut za fiziko, Academia Sinica, Peking. doi.org/10.1088/0256-307X/11/2/010
6. Stefan Schneider in Karl Christe. (26. avgust 2019). Jod. Encyclopædia Britannica. Pridobljeno: britannica.com
7. Dr. Doug Stewart. (2019). Dejstva o jodnem elementu. Kemikool. Pridobljeno: chemicool.com
8. Nacionalni center za informacije o biotehnologiji. (2019). Jod. Baza podatkov PubChem. CID = 807. Pridobljeno: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
9. Rohner, F., Zimmermann, M., Jooste, P., Pandav, C., Caldwell, K., Raghavan, R., in Raiten, DJ (2014). Biomarkerji prehrane za razvoj - jodni pregled. Revija o prehrani, 144 (8), 1322S-1342S. doi: 10.3945 / jn.113.181974
10. Advameg. (2019). Jod. Pojasnjena kemija. Pridobljeno: chemistryexplained.com
11. Traci Pedersen. (19. april 2017). Dejstva o jodu. Pridobljeno od: lifecience.com
12. Megan Ware, RDN, LD. (30. maj 2017). Vse, kar morate vedeti o jodu. Pridobljeno od: medicinskewstoday.com
13. Nacionalni inštitut za zdravje. (9. julij 2019). Jod. Pridobljeno od: ods.od.nih.gov