JOD: HISTORIE, EGENSKABER, STRUKTUR, OPNÅELSE, RISICI, ANVENDELSER - KEMI - 2025

Den iod er en reaktiv ikke - metallisk grundstof, der tilhører gruppe 17 i det periodiske system (halogener) og er repræsenteret ved det kemiske symbol I. Det er hovedsageligt et element ganske populært kendt fra iod vand, indtil hormon tyrosin.

I fast tilstand er jod mørkegrå med en metallisk glans (lavere billede), der er i stand til at sublimere til at frembringe en violet farvet damp, som, når den kondenseres på en kold overflade, efterlader en mørk rest. Eksperimenterne til at demonstrere disse egenskaber har været mange og attraktive.

Robuste jodkrystaller. Kilde: BunGee

Dette element blev isoleret for første gang af Bernard Curtois i 1811, mens det blev opnået forbindelser, der tjente som råmateriale til fremstilling af nitrat. Curtois identificerede dog ikke jod som et element, en fortjeneste, som Joseph Gay-Lussac og Humphry Davy delte. Gay-Lussac identificerede elementet som "iode", et udtryk, der stammede fra det græske ord "ioides", som farven violet blev betegnet med.

Elementært jod er som de andre halogener et diatomisk molekyle, der består af to jodatomer, der er forbundet med en kovalent binding. Van der Waals-interaktionen mellem jodmolekyler er den stærkeste blandt halogener. Dette forklarer, hvorfor jod er halogenet med de højeste smelte- og kogepunkter. Desuden er det den mindst reaktive af halogenerne og den med den laveste elektronegativitet.

Jod er et essentielt element, der skal indtages, da det er nødvendigt for kropsvækst; hjerne og mental udvikling; stofskifte generelt osv., der anbefaler et dagligt indtag på 110 ug / dag.

Jodmangel i føtalstilstanden hos en person er forbundet med udseendet af kretinisme, en tilstand der er kendetegnet ved at bremse kroppens vækst; samt utilstrækkelig mental og intellektuel udvikling, strabismus osv.

I mellemtiden er en jodmangel i enhver aldersgruppe forbundet med udseendet af en struma, kendetegnet ved en hypertrofi af skjoldbruskkirtlen. Struma er en endemisk sygdom, da den er begrænset til bestemte geografiske områder med deres egne ernæringsegenskaber.

Historie

Opdagelse

Jod blev opdaget af den franske kemiker Bernard Curtois i 1811, mens han arbejdede sammen med sin far i produktionen af ​​saltpeter, hvilket krævede natriumcarbonat til dette.

Denne forbindelse blev isoleret fra tang, som de opsamlede ved kysterne i Normandie og Bretagne. Til dette formål blev algerne brændt, og asken blev vasket med vand, hvorved de resulterende rester blev ødelagt under tilsætning af svovlsyre.

En gang, måske ved en heldig fejltagelse, tilføjede Curtois et overskud af svovlsyre, og der dannedes en lilla damp, der krystalliserede på de kolde overflader og satte sig ned som mørke krystaller. Curtois mistænkte, at han var i tilstedeværelse af et nyt element og kaldte det "stof X".

Curtois opdagede, at dette stof, når det blev blandet med ammoniak, dannede et brunt fast stof (nitrogentriiodid), der eksploderede ved minimal kontakt.

Curtois var imidlertid begrænset til at fortsætte sin forskning og besluttede at give prøver af sit stof til Charles Desormes, Nicolas Clément, Joseph Gay-Lussac og André-Marie Ampère for at få deres samarbejde.

Fremkomst af navnet

I november 1813 offentliggjorde Desormes og Clément Curtois 'opdagelse. I december samme år påpegede Gay-Lussac, at det nye stof kunne være et nyt element, hvilket antydede navnet "iode" fra det græske ord "ioides", der er udpeget til violet.

Sir Humphry Davy, der modtog en del af prøven, der blev givet til Ampère af Curtois, eksperimenterede med prøven og bemærkede en lighed med klor. I december 1813 var Royal Society of London involveret i identificeringen af ​​et nyt element.

Selvom der opstod en diskussion mellem Gay-Lussac og Davy om identifikation af jod, erkendte de begge, at Curtois var den første til at isolere det. I 1839 modtog Curtois endelig Montyn-prisen fra Royal Academy of Sciences som anerkendelse af isolering af jod.

Historiske anvendelser

I 1839 gav Louis Daguerre jod sin første kommercielle anvendelse og opfandt en metode til fremstilling af fotografiske billeder kaldet daguerreotyper på tynde metalplader.

I 1905 undersøgte den nordamerikanske patolog David Marine jodmangel i visse sygdomme og anbefalede dets indtag.

Fysiske og kemiske egenskaber

Udseende

Sublimering af iodkrystaller. Kilde: Ershova Elizaveta

Massiv mørkegrå med metallisk glans. Når det er sublimeret, er dets dampe lilla i farve (øverste billede).

Standard atomvægt

126,904 u

Atomnummer (Z)

53

Smeltepunkt

113,7 ºC

Kogepunkt

184,3 ºC

Massefylde

Omgivelsestemperatur: 4,933 g / cm ³

Opløselighed

Det opløses i vand for at producere brune opløsninger med en koncentration på 0,03% ved 20 ºC.

Denne opløselighed forøges betydeligt, hvis der tidligere opløses iodidioner, eftersom en ligevægt etableres mellem I ^- og jeg ₂ til dannelse af de anioniske arter I ₃ ^-, som solvater bedre end iod.

I organiske opløsningsmidler, såsom chloroform, carbontetrachlorid og carbondisulfid, opløses jod, hvilket giver en lilla farvetone. Det opløses også i nitrogenholdige forbindelser, såsom pyridin, quinolin og ammoniak, for at danne en brunlig opløsning igen.

Forskellen i farvninger ligger i det faktum, at jod opløses som solvatiseret I ₂ molekyler, eller som ladningsoverførende komplekser; sidstnævnte vises ved håndtering af polære opløsningsmidler (vand blandt dem), der opfører sig som Lewis-baser ved at donere elektroner til jod.

Lugt

Skarp, irriterende og karakteristisk. Lugtgrænse: 90 mg / m ³ og irriterende lugtgrænse: 20 mg / m ³.

Oktanol / vand-fordelingskoefficient

Log P = 2,49

nedbrydning

Når den opvarmes til nedbrydning, udsender den en røg af brintiodid og forskellige iodidforbindelser.

Viskositet

2,27 cP ved 116 ºC

Triple point

386,65 K og 121 kPa

Kritisk punkt

819 K og 11,7 MPa

Fusionsvarme

15,52 kJ / mol

Fordampningsvarme

41,57 kJ / mol

Molær kalorikapacitet

54,44 J / (mol K)

Damptryk

Jod har et moderat damptryk, og når beholderen åbnes, sublimereres den langsomt til en violet damp, irriterende for øjne, næse og hals.

Oxidationsnumre

Oxidationsnumrene for iod er: - 1 (I ^-), +1 (I ⁺), +3 (I ³⁺), +4 (^I4+), +5 (I ⁵⁺), +6 (I ⁶⁺) og +7 (I ⁷⁺). I alle iodidsalte, som for KI, har iod et oxidationsnummer på -1, da vi i dem har anionen I ^-.

Jod får positive oxidationsnumre, når det kombineres med elementer, der er mere elektroniske end det; for eksempel i dets oxider (I ₂ O ₅ og I ₄ O ₉) eller interhalogenerede forbindelser (IF, I-Cl og I-Br).

elektronegativitet

2.66 på Pauling-skalaen

Ioniseringsenergi

Først: 1.008,4 kJ / mol

Andet: 1.845 kJ / mol

Tredje: 3.180 KJ / mol

Varmeledningsevne

0,449 W / (mK)

Elektrisk modstand

1,39 · 10 ⁷ Ω · m ved 0 ºC

Magnetisk orden

diamagnetisk

Reaktivitet

Jod kombineres med de fleste metaller til dannelse af iodider såvel som ikke-metalliske elementer som fosfor og andre halogener. Iodidion er et stærkt reduktionsmiddel, der spontant frigiver en elektron. Oxidation af iodid producerer en brunlig ton af iod.

Jod er i modsætning til iodid et svagt oxidationsmiddel; svagere end brom, klor og fluor.

Jod med oxidationsnummer +1 kan kombineres med andre halogener med oxidationsnummer -1 for at give halogenider af jod; for eksempel: iodbromid, IBr. Ligeledes kombineres det med brint for at give anledning til hydrogeniodid, som efter opløsning i vand kaldes hydroiodic acid.

Hydroiodic acid er en meget stærk syre, der er i stand til at danne iodider ved reaktion med metaller eller deres oxider, hydroxider og carbonater. Jod har en +5 oxidationstilstand i iodsyre (HIO ₃), der dehydrerer til at producere jodpentoxid (I ₂ O ₅).

Struktur og elektronisk konfiguration

- Jodatom og dets bindinger

Diatomisk iodmolekyle. Kilde: Benjah-bmm27 via Wikipedia.

Jod i sin jordtilstand består af et atom, der har syv valenselektroner, kun en fra at være i stand til at fuldføre sin oktet og blive isoelektronisk med den ædelgas-xenon. Disse syv elektroner er arrangeret i deres 5'ere og 5p orbitaler i henhold til deres elektroniske konfiguration:

4d ¹⁰ 5s ² 5p ⁵

Derfor viser atomerne en stærk tendens til at binde kovalent, således at hver enkelt har otte elektroner i sin yderste skal. To I-atomer mødes således og danner binding II, som definerer det diatomiske molekyle I ₂ (øverste billede); molekylær iod i dens tre fysiske tilstande under normale forhold.

Billedet viser I ₂ molekylet repræsenteret ved en rumlig fyldningsmodel. Det er ikke kun et diatomisk molekyle, men også homonukleært og apolært; derfor er deres intermolekylære interaktioner (I ₂ - I ₂) styret af London-spredningskræfterne, som er direkte proportional med deres molekylmasse og atomernes størrelse.

Denne II-binding er imidlertid svagere sammenlignet med de andre halogener (FF, Cl-Cl og Br-Br). Dette skyldes teoretisk den dårlige overlapning af deres sp ³ hybrid orbitaler.

- Krystaller

Molekylmassen af I ₂ giver sine dispergerende kræfter at være retningsbestemt og stærk nok til at etablere en orthorhombisk krystal ved omgivelsernes tryk. Dets høje elektronindhold får lyset til at fremme uendelige energiovergange, hvilket får jodkrystaller til at farve sort.

Når jod sublimerer, viser dens damp imidlertid en violet farve. Dette er allerede tegn på en mere specifik overgang inden for I ₂ molekylorbitaler (disse af højere energi eller anti-bonding).

Base-centreret orthorhombic enhedscelle til jodkrystallen. Kilde: Benjah-bmm27.

Vist ovenfor er de I ₂ molekyler, repræsenteret ved en kugler og stænger mønster, arrangeret inden den orthorhombiske enhedscelle.

Det kan ses, at der er to lag: den nederste med fem molekyler, og den midterste med fire. Bemærk også, at et jodmolekyle sidder ved bunden af ​​cellen. Glas er bygget ved periodisk at fordele disse lag i alle tre dimensioner.

Når man kører i retning parallelt med II-bindingerne, konstateres det, at jod-orbitalerne overlapper hinanden for at generere et ledningsbånd, hvilket gør dette element til en halvleder; dens evne til at lede elektricitet forsvinder dog, hvis retningen vinkelret på lagene følges.

Forbind afstande

Link II ser ud til at være udvidet; og faktisk er det, da længden af ​​dens binding øges fra 266 pm (gasformig tilstand) til 272 pm (fast tilstand).

Dette kan skyldes den kendsgerning, at I- ₂ molekyler er meget langt fra hinanden i gas, deres intermolekylære kræfter er næsten ubetydelig; mens de er i faststoffet, bliver disse kræfter (II - II) håndgribelige, hvilket tiltrækker jodatomer fra to nærliggende molekyler mod hinanden og følgelig forkorter den intermolekylære afstand (eller interatomisk, set på en anden måde).

Når jodkrystallen sublimerer, trækkes II-bindingen derefter sammen i gasfasen, da de tilstødende molekyler ikke længere udøver den samme attraktive (spredende) kraft på deres omgivelser. Og logisk nok øges afstanden I ₂ - I ₂.

- Faser

Det blev nævnt tidligere, at II-bindingen er svagere sammenlignet med de andre halogener. I gasfasen ved en temperatur på 575 ° C, 1% af I ₂ molekyler nedbrydes til individuelle I atomer. Der er så meget varmeenergi, at kun to I slutter sig sammen, de adskiller osv.

Tilsvarende kan denne binding bryde forekomme, hvis der påføres enorme tryk på jodkrystallerne. Ved at komprimere det for meget (under tryk hundredtusindvis af gange højere end atmosfærisk), I- ₂ molekyler omarrangere sig selv som en monatomic fase I og iod derefter at udvise metalliske egenskaber.

Der er imidlertid andre krystallinske faser, såsom: den kropscentrede orthorhombic (fase II), den kropscentrerede tetragonale (fase III) og den ansigtcentrede kubik (fase IV).

Hvor man kan finde og skaffe

Jod har et vægtforhold i forhold til jordskorpen på 0,46 ppm og rangerer 61. i overflod i det. Iodidmineraler er knappe, og kommercielt udnyttelige jodaflejringer er iodater.

Jodmineraler findes i stollende klipper med en koncentration på 0,02 mg / kg til 1,2 mg / kg og i magmatiske klipper med en koncentration fra 0,02 mg til 1,9 mg / kg. Det kan også findes i Kimmeridge-skiferen med en koncentration på 17 mg / kg vægt.

Jodmineraler findes også i fosfatbergarter med en koncentration i området fra 0,8 til 130 mg / kg. Havvand har en jodkoncentration i området fra 0,1 til 18 µg / L. Tang, svampe og østers var tidligere de vigtigste kilder til jod.

I øjeblikket er de vigtigste kilder imidlertid caliche, natriumnitrataflejringer i Atacama-ørkenen (Chile) og saltvand, hovedsageligt fra det japanske gasfelt i Minami Kanto, øst for Tokyo, og Anadarko-gasfeltet. Bassin i Oklahoma (USA).

Caliche

Jod ekstraheres fra caliche i form af iodat og behandles med natriumbisulfit for at reducere det til iodid. Opløsningen omsættes derefter med frisk ekstraheret iodat for at lette dens filtrering. Caliche var den vigtigste kilde til jod i det 19. og det tidlige 20. århundrede.

Brine

Efter oprensning behandles saltvand med svovlsyre, der producerer iodid.

Denne iodidopløsning omsættes derefter med klor til frembringelse af en fortyndet opløsning af jod, der inddampes af en luftstrøm, der ledes til et absorberende tårn af svovldioxid, hvilket frembringer den følgende reaktion:

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

Derefter reagerer hydrogeniodidgassen med klor for at frigive joden i en gasformig tilstand:

2 HI + Cl ₂ => I ₂ + 2 HCI

Og endelig filtreres, renses joden og pakkes til brug.

Biologisk rolle

- Anbefalet diæt

Jod er et essentielt element, da det griber ind i adskillige funktioner i levende væsener, som især er kendt hos mennesker. Den eneste måde for jod at komme ind i mennesket er gennem den mad, han spiser.

Den anbefalede joddiæt varierer med alderen. Således kræver et 6 måneder gammelt barn et indtag på 110 ug / dag; Men fra 14-årsalderen er den anbefalede diæt 150 ug / dag. Derudover er det oplyst, at iodindtag ikke bør overstige 1.100 ug / dag.

- Skjoldbruskkirtelhormoner

Skjoldbruskkirtelstimulerende hormon (TSH) udskilles af hypofysen og stimulerer optagelsen af ​​jod fra skjoldbruskkirtlen. Jod føres ind i skjoldbruskkirtlen follikler, kendt som kolloider, hvor det binder til aminosyren tyrosin til dannelse af monoiodotyrosin og diiodotyrosin.

I follikulær kolloid kombineres et molekyle monoiodothyronin med et molekyle diiodothyronin for at danne et molekyle kaldet triiodothyronin (T ₃). På den anden side kan to molekyler af diiodtyrosin slutte sig sammen og danner tetraiodthyronin (T ₄). T ₃ og T ₄ kaldes skjoldbruskkirtelhormoner.

Hormonerne T ₃ og T ₄ udskilles i plasma, hvor de binder til plasmaproteiner; inklusive skjoldbruskkirtelhormonentransportprotein (TBG). De fleste af skjoldbruskkirtelhormoner transporteres i plasma som T ₄.

Imidlertid er den aktive form for skjoldbruskkirtelhormoner T ₃, så T ₄ i de "hvide organer" af skjoldbruskkirtelhormoner gennemgår deiodering og omdannes til T _{3 for} at udøve sin hormonelle virkning.

Effekter rediger

Virkningerne af virkningen af ​​skjoldbruskkirtelhormoner er flere, idet følgende er mulige: øget stofskifte og proteinsyntese; fremme af kropsvækst og hjerneudvikling; forhøjet blodtryk og hjerterytme osv.

- Mangel

Manglen på jod og derfor af skjoldbruskkirtelhormonerne, kendt som hypothyreoidisme, har adskillige konsekvenser, der påvirkes af personens alder.

Hvis jodmangel forekommer under en persons føtaltilstand, er den mest relevante konsekvens kretinisme. Denne tilstand er kendetegnet ved tegn som nedsat mental funktion, forsinket fysisk udvikling, strabismus og forsinket seksuel modning.

En jodmangel kan inducere en struma, uanset den alder, hvor manglen opstår. En struma er en overudvikling af skjoldbruskkirtlen, forårsaget af overdreven stimulering af kirtlen af ​​hormonet TSH, frigivet fra hypofysen som følge af jodmangel.

Den overdrevne størrelse af skjoldbruskkirtlen (struma) kan komprimere luftrøret og begrænse passagen af ​​luft gennem den. Derudover kan det forårsage skade på laryngeale nerver, der kan føre til heshed.

Risici

Forgiftning ved overdreven indtag af jod kan forårsage forbrændinger i munden, halsen og feberen. Også mavesmerter, kvalme, opkast, diarré, svag puls og koma.

Et overskud af jod producerer nogle af de symptomer, der observeres ved en mangel: der er en hæmning af syntesen af ​​skjoldbruskkirtelhormoner, hvilket øger frigørelsen af ​​TSH, hvilket resulterer i en hypertrofi af skjoldbruskkirtlen; det vil sige en struma.

Undersøgelser har vist, at overdreven indtag af jod kan forårsage thyroiditis og papillær kræft i skjoldbruskkirtlen. Derudover kan et overdreven indtag af jod interagere med medicin, hvilket begrænser deres handling.

At tage for meget jod i forbindelse med antithyreoidemedicin, såsom methimazol, der bruges til behandling af hyperthyreoidisme, kan have en additiv virkning og forårsage hypothyreoidisme.

Angiotensin-konverterende enzym (ACE) -hæmmere, såsom benazepril, bruges til behandling af hypertension. At tage en overdreven mængde kaliumiodid øger risikoen for hyperkalæmi og hypertension.

Applikationer

Læger

Jod fungerer som et desinfektionsmiddel mod hud eller sår. Det har næsten øjeblikkelig antimikrobiel virkning, der trænger ind i det indre af mikroorganismer og interagerer med svovelaminosyrer, nukleotider og fedtsyrer, hvilket forårsager celledød.

Det udøver sin antivirale virkning hovedsageligt på de dækkede vira og postulerer, at den angriber proteinerne på overfladen af ​​de dækkede vira.

Kaliumiodid i form af en koncentreret opløsning anvendes til behandling af thyrotoksikose. Det bruges også til at kontrollere virkningerne af ¹³¹ I- stråling ved at blokere bindingen af ​​den radioaktive isotop til skjoldbruskkirtlen.

Jod bruges til behandling af dendritisk keratitis. For at gøre dette udsættes hornhinden for vanddamp, mættet med jod, og mister midlertidigt hornhindens epitel; men der er en fuldstændig bedring fra det på to eller tre dage.

Jod har også gunstige virkninger i behandlingen af ​​cystisk fibrose i det menneskelige bryst. Ligeledes er det blevet antydet, at ¹³¹ jeg kunne være en valgfri behandling af kræft i skjoldbruskkirtlen.

Reaktioner og katalytisk virkning

Jod bruges til at detektere tilstedeværelsen af ​​stivelse, hvilket giver en blå farvetone. Reaktionen af ​​jod med stivelse bruges også til at detektere tilstedeværelsen af ​​forfalskede sedler, der er trykt på papir, der indeholder stivelse.

Kalium (II) tetraiodomercurat, også kendt som Nesslers reagens, bruges til påvisning af ammoniak. Der anvendes også en alkalisk iodopløsning i iodform-testen for at vise tilstedeværelsen af ​​methylketoner.

Uorganiske iodider anvendes til oprensning af metaller, såsom titanium, zirkonium, hafnium og thorium. I et trin i processen skal tetraiodiderne af disse metaller dannes.

Jod fungerer som en stabilisator for kolofonium, olie og andre træprodukter.

Jod bruges som katalysator i de organiske syntesereaktioner af methylering, isomerisering og dehydrogenering. I mellemtiden anvendes hydroiodsyre som katalysator til fremstilling af eddikesyre i Monsanto- og Cativa-processerne.

Jod fungerer som katalysator ved kondensation og alkylering af aromatiske aminer såvel som i sulfaterings- og sulfateringsprocesser og til fremstilling af syntetiske gummier.

Fotografi og optik

Sølviodid er en væsentlig komponent i traditionel fotografisk film. Jod bruges til fremstilling af elektroniske instrumenter såsom enkeltkrystallprismer, polariserende optiske instrumenter og glas, der er i stand til at overføre infrarøde stråler.

Andre anvendelser

Jod bruges til fremstilling af pesticider, anilinfarvestoffer og phthalein. Derudover bruges det til syntese af farvestoffer og er et røgslukningsmiddel. Og endelig tjener sølviodidet som en kondensationskerne for vanddampen i skyerne for at forårsage regn.

Referencer

1. Shiver & Atkins. (2008). Uorganisk kemi. (Fjerde udgave). Mc Graw Hill.
2. Stuart Ira Fox. (2003). Human fysiologi. Første udgave. Redigere. McGraw-Hill Interamericana
3. Wikipedia. (2019). Jod. Gendannet fra: en.wikipedia.org
4. Takemura Kenichi, Sato Kyoko, Fujihisa Hiroshi & Onoda Mitsuko. (2003). Moduleret struktur af fast iod under dens molekylære dissociation under højt tryk. Naturvolumen 423, side971–974. doi.org/10.1038/nature01724
5. Chen L. et al. (1994). Strukturelle faseovergange af jod ved højt tryk. Institut for fysik, Academia Sinica, Beijing. doi.org/10.1088/0256-307X/11/2/010
6. Stefan Schneider & Karl Christe. (26. august 2019). Jod. Encyclopædia Britannica. Gendannes fra: britannica.com
7. Dr. Doug Stewart. (2019). Fakta om jodelement. Chemicool. Gendannes fra: chemicool.com
8. National Center for Biotechnology Information. (2019). Jod. PubChem-database. CID = 807. Gendannes fra: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
9. Rohner, F., Zimmermann, M., Jooste, P., Pandav, C., Caldwell, K., Raghavan, R., & Raiten, DJ (2014). Biomarkører for ernæring til udvikling - jodgennemgang. Journal of nutrition, 144 (8), 1322S-1342S. doi: 10.3945 / jn.113.181974
10. Advameg. (2019). Jod. Kemi forklaret. Gendannes fra: chemistryexplained.com
11. Traci Pedersen. (19. april 2017). Fakta om jod. Gendannes fra: livescience.com
12. Megan Ware, RDN, LD. (30. maj 2017). Alt hvad du har brug for at vide om jod. Gendannes fra: medicalnewstoday.com
13. National Institute of Health. (9. juli 2019). Jod. Gendannes fra: ods.od.nih.gov