Йод

Йод (с древне-греческого Ἰώδης означает фиалковый, фиолетовый) — пищевой минерал, химический элемент, атомный номер – 53. Включен 17-й группой периодической таблицы химических элементов (устаревшей короткой формой системы занесен в главную подгруппу VII группы, коротко – VIIA), обжил пятый период таблицы. Массой 126,90447 атомных единиц массы. Обозначают символом I (латинский Iodum). Неметалл химически активный, вмещен группой галогенов.

При нормальных условиях простое вещество йод строит кристаллы черно-серого цвета, фиолетового металлического блеска. Легко образует фиолетовые пары, обладающие резким запахом. Молекула вещества двухатомная, формула – I2. Йод знают повсеместно. Получив порез пальца, обычно ищем оранжевый пузырек (спиртовой раствор). Элемент своеобразный, человечеству, независимо от образования, профессии, приходилось открывать полезную субстанцию заново многократно. Своеобразную историю приобрел элемент.

История

Йод открыл в 1811 году французский химик-технолог Бернар Куртуа (1777-1838). Отец – известный селитровар. Тропою Великой французской революции помогал отцу освобождать недра земли. Главный элемент оружия поражения тиранов. Позднее занялся селитроварением самостоятельно. Пренебрегшие обязанностью очищения недр земли считались подлецами, контрреволюционерами. Элементом историки именуют селитру KNO3, составляющую долю в составе черного пороха 75%. Остальное отбирают поровну уголь, сера.

Французы селитру получали, применяя селитряницы (бурты). Образования представляли собой кучи, сложенные животными, растительными отбросами, перемежавшиеся строительным мусором, мергелем, известняком. Образованный процессом гниения аммиак окислялся микроорганизмами изначально формируя азотистую HNO2, позже – азотную HNO3 кислоту, реагирующую с углекислым кальцием, превращающую метал в нитрат Ca(NO3)2. Нитрат кальция извлекали горячей водой из смеси, прибавляли поташ. Раствор нитрата калия, сливали с осадка, упаривали. Получившиеся кристаллы калиевой селитры очищались дополнительной перекристаллизацией.

Б. Куртуа непростой ремесленник. Поработав три года, обслуживая аптеку, Бернар получает разрешение слушать лекции химии, заниматься в лаборатории Политехнической школы Парижа, ведомый известным Фуркруа. Недюжинные познания вложил, изучая золу морских водорослей, используемую революционерами исходным материалом получения соды. Куртуа подметил: медный котел для выпаривания зольных растворов, разрушался слишком быстро. После упаривания, осаждения кристаллических сульфатов натрия, калия, в маточном растворе оставались сульфиды плюс неизвестная субстанция. Сдобрив раствор концентрированной серной кислотой, Бернар обнаруживает выделение фиолетовых паров. Допускаем, подобное наблюдали современники, коллеги – Куртуа первым разрешил визуальную загадку исследованиями, получив вывод.

Цитируем написанное Куртуа: «В маточном растворе щелока, выделенного водорослями, содержится удивительно большое количество необычного, любопытного вещества. Легко выделяется. Достаточно прилить серную кислоту к маточному раствору, нагреть внутри реторты, соединенной с приемником. Новое вещество осаждается черным порошком, превращающимся нагреванием в пары фиолетового цвета. Летучее соединение конденсируются блестящими кристаллическими пластинами, имеющими блеск, родственный мерцанию кристаллического сульфида свинца. Удивительна окраска пара нового вещества, аспект позволяет отличить субстанцию от ныне известных веществ, наблюдаем другие замечательные свойства, придающие открытию величайший интерес».

В 1813 году впервые появилась научная публикация о веществе, стали изучать вопрос химики разных стран: светила науки Хэмфри Дэви, Жозеф Гей-Люссак. Год спустя мужи установили элементарность вещества, открытого Куртуа. Гей-Люссак новый элемент назвал йодом от греческого ιοειδης, что значит темно-синий, фиолетовый.

Свойства

Йод – химический элемент VII группы согласно устаревшей короткой форме периодической системы, атомный номер 53. Атомная масса – 126,9044. Галоген из дарованных природой самый тяжелый, исключая радиоактивный короткоживущий астат. Встречается практически одним-единственным изотопом с массовым числом 127. Радиоактивный йод-125 возникает результатом спонтанного деления урана. Важнейшие искусственные изотопы – 131, 133; применяются медициной.

Молекула элементарного I сформирована двумя атомами, типично галогенам. Единственный представитель группы, обретающий твердое состояние при нормальных условиях. Красивый темно-синий йод кристаллический напоминает графит. Присущи чистому I металлические свойства, такие как отчетливо выраженное кристаллическое строение, способность проводить электрический ток. Легко формирует газообразное состояние, отличаясь от графита, большинства металлов. Образует пар легче, чем жидкость.

Температура плавления +113,5°C при парциальном давление паров над плавящимися кристаллами большем 1 атмосферы. Используя узкогорлую колбу, расплавите йод, открытую лабораторную чашку – нет. Пары йода не будут накапливаться, нагреваясь субъект изложения формирует газообразное состояние, минуя стадию жидкости, что происходит при нагревании вещества. Температура кипения немного выше плавления – 184,35°C.

Не только простота перевода в газообразное состояние выделяет I среди элементов. Взаимодействие с водой очень своеобразно. Элементарный йод растворяется плохо, при 25°C концентрация достигает 0,3395 г/л. Можно получить раствор погуще, пользуясь нехитрым приемом, используемым медиками, когда персоналу хочется подольше сохранить йодную настойку (3- или 5% раствор спиртовой). Чтобы не испарялась, добавляют калий йодид KI. Это же вещество поможет получить богатые йодом водные растворы, добавляют не слишком разбавленный раствор йодистого калия.

Хотите купить йод? Цена демократичная (10-20 рублей). Берите пузырек оранжевого йодида калия. Мажьте болячки, пейте растворенным (парой капель сдобрите стакан прохладной воды).

Молекулы KI обладают способностью соединяться с молекулами элементарного йода. Если с каждой стороны в реакцию вступит по одной молекуле, получится красно-бурый трийодид калия. KI способен присоединять большое число молекул, итого, получатся соединения различного состава вплоть до KI9. Вещества получили названия полийодидов. Нестойкие, в растворе присутствует элементарный I значительно большей концентрации, чем та, которую получим прямым растворением. Йод переваривается легко органическими растворителями: сероуглерод, бензол, керосин, спирт, эфир, хлороформ. Окраска неводных растворов йода различная. В сероуглероде – фиолетовый, спиртовой – бурый (вспоминаем аптечный пузырек). Чем объясняется феномен?

Возможно, фиолетовые растворы богаты молекулами I2. Если получается раствор иного цвета, логичнее предположить наличие соединений йода с растворителем. Однако не все химики поддерживают высказанную точку зрения. Часть считает: различные окраски растворов объяснят существованием неведомых сил, соединяющих молекулы растворителя и растворенного вещества.

Электричество проводят фиолетовые растворы: молекулы I2 частично диссоциируют, распадаясь положительными, отрицательными ионами. Предположение не противоречит представлению о возможных валентностях элемента. Наиболее распространенные: 1– (называют соединения йодидами), 5+ (йодаты) и 7+ (перйодаты). Известны соединения, проявляющие валентность 1+, 3+, различима роль одновалентного, трехвалентного металла. Существует соединение с кислородом, элемент I восьмивалентен – IO4.

Чаще, как и положено галогену, на внешней оболочке атома которого семь электронов, проявляет валентность 1–. Достаточно активный, атакует большинство металлов (при температуре ниже 50°C благородное серебро проявляет устойчивость к действию йода) , уступает бромухлору, не говоря о фторе. Открыты элементы, углерод, азот, кислород, сера, селен, непосредственно в реакцию с йодом не вступающие.

В природе

Йод – элемент достаточно редкий. Кларк (показатель содержания земной корой в весовых процентах) 4·10–5 %. Ниже самых труднодоступных элементов семейства лантаноидов – тулия, лютеция. Одна особенность – крайняя рассеянность территориально. Далеко не самый распространенный элемент, присутствует везде. Даже в сверхчистых кристаллах горного хрусталя находятся микропримеси. Прозрачные кальциты содержат элемент I до 5·10–6 %. В почве, морской, речной воде, растительных клетках, организмах животных. Богатых йодом минералов мало. Наиболее прославленный – лаутарит Ca(IO3)2. Промышленных месторождений на Земле не существует.

Для получения йода, концентрируют природные растворы: соленые озера, попутные нефтяные воды. Перерабатывают природные концентраторы – морские водоросли. Тонна высушенной морской капусты (ламинарии) содержит до 5 кг, тонна океана – 20-30 мг. Как и все жизненно важные элементы, йод совершает круговорот. Многие соединения водой растворяются хорошо. Йод выщелачивается из магматических пород, уносится морями, океанами. Бриз поднимает массы элементарного йода в воздух. Именно элементарного: соединения I легко окисляются кислородом до I2 в присутствии углекислого газа.

Ветром, переносимые воздушные массы с океана на материк, приносят и йод, который с атмосферными осадками облагораживает землю, насыщая почву, грунтовые воды, живые организмы. Последние концентрируют йод, умирая, возвращают почве, откуда природные потоки вымывают странника. Посещая кратковременно океан, испаряется, цикл начинается заново. Общая схема, опускающая частности, химические преобразования, неизбежные на разных этапах вечного круговорота. Изучена циркуляция хорошо. Состояние вещей неудивительное: велика роль микроскопического количества незаменимого компонента жизни человека, растений, животных.

Много труда геологов, химиков, технологов уходит на поиск сырья, разработку способа добычи. До 60-х годов девятнадцатого века водоросли считались единственным источником промышленной разработки. В 1868 году начали получать, используя отходы производства селитры, несущие йодат, йодид натрия. Бесплатное сырье, простота получения йода из селитряных маточных растворов дали чилийскому продукту широкое распространение. В Первую мировую войну чилийцы прекратили поставки, недостаток начал сказываться на состоянии фармацевтической промышленности стран Европы. Развернуты поиски рентабельного способа добычи. Наша страна в годы Советской власти йод получала, фильтруя подземные, нефтяные воды Кубани, где в 1882 йод был обнаружен русским химиком А.Л. Потылициным. Позднее подобные воды открыли в Туркмении, Азербайджане.

Йода содержится в подземных и попутных водах нефтедобычи мало. Общепризнанный факт явился основной помехой создания экономически оправданных промышленных способов получения. Считали: нужна химическая приманка, образующая с йодом прочное соединение, собирающая, концентрирующая. Первоначальной – оказался крахмал, позже использовали соли меди, серебра, связывая йод нерастворимыми соединениями. Попробовали керосин – йод хорошо растворился. Найденные способы оказались дорогостоящими, огнеопасными.

В 1930 году советским инженером В.П. Денисович разработан угольный метод извлечения йода из нефтяных вод, довольно долго составлял основу советского йодного производства. Килограмм угля ежемесячно накапливал 40 г йода. Пробовали другие методы. В последние десятилетия ХХ века выяснили: йод избирательно осаждается высокомолекулярными ионообменными смолами. В йодной промышленности мира ионитный способ используют ограниченно. Пытались внедрить, но малое содержание йода, недостаточная избирательность ионитов воспрепятствовали попыткам перспективного метода в корне изменить промышленность.

Считают перспективными геотехнологические методы добычи йода, позволяющие получать элемент, фильтруя попутные воды газовых и нефтяных месторождений, не выкачивая на поверхность. Специальные реактивы, заведенные через скважину, сконцентрируют под землей, на поверхность пойдет не слабый раствор – концентрат. Резко повысится производство йода и потребление промышленностью, которую весьма привлекает комплекс свойств редкого элемента. В 1915 году первый российский йодный завод построили в Екатеринославе (ныне Днепропетровск); обрабатывали золу черноморской водоросли филлофоры. Завод добыл 200 кг йода за годы первой мировой войны.

В организме

В организме не ограничиваются йодной настойкой. Йод в жизни растений важнейший микроэлемент, напомним о роли в жизни человека. В 1854 году превосходный химик-аналитик француз Шатен обнаружил: распространенность заболевания зобом коррелирует плотности содержания йода в потребляемой людьми пище, воздухе, почве. Коллеги опровергли выводы Шатена; Французская академия наук назвала сентенции вредными. Что касается возникновения болезни, считали: недуг вызывают 42 причины, недостатка йода перечень псевдоидей лишен.

Прошло почти пятьдесят лет, пока авторитет немецких ученых Освальда и Баумана убедил ученых Франции признать ошибку. Эксперименты доказали: щитовидная железа насыщена огромным количеством элемента, вырабатывает йодсодержащие гормоны. Недостаток вызывает небольшое увеличение, постепенно развиваясь, эндемический зоб поражает системы организма. Результатом выступает нарушение обмена веществ, замедляется рост. В тяжелых случаях эндемический зоб вызывает глухоту, кретинизм. Болезнь получила распространение в горных районах, местах, удаленных от моря.

Широту эпидемиологии подтверждают произведения живописи. На лучшем женском портрете Рубенса «Соломенная шляпка» красивой женщины заметна припухлость шеи. Опытный врач сразу определит увеличение щитовидки. Симптомы преследуют Андромеду (картина «Персей и Андромеда»). Признаки йодной недостаточности поразили людей, изображенных на портретах, картинах Ван-Дейка, Рембрандта, Дюрера.

В нашей стране большинство областей удаленных от моря, ведут постоянную борьбу с эндемическим зобом средствами профилактики. Надежнейшее и простейшее средство йодированная соль: с добавками микродоз к поваренной. Интересно отметить, история лечебного назначения сокрыта глубиной веков. Целебные свойства веществ, содержащих йод, известны 3 тыс. лет ранее открытия элемента. Китайский кодекс 1567 года до нашей эры рекомендовал лечение зоба морскими водорослями. В хирургии антисептические свойства йода впервые использовал французский врач Буанэ. Водные, спиртовые растворы стали простейшими лекарственными формами, столь долго и тщетно отыскиваемыми хирургией, хотя в 1865-1866 годах великим русским хирургом Н.И. Пироговым применялась настойка при лечении йодом ран.

Приоритет подготовки операционного поля при помощи йодной настойки ошибочно приписывают немецкому врачу Гроссиху. Между тем в 1904 году, четырьмя годами ранее Гроссиха, русский коновал Н.П. Филончиков статьей «Водные растворы йода как антисептическая жидкость в хирургии» обращал внимание хирургов на достоинства спиртовых и водных растворов йода при подготовке операции. Простейшие препараты сохранили огромное значение поныне. Могут йодную настойку назначать внутрь: по нескольку капель на чашку молока. Приносит пользу больным атеросклерозом. Йод полезен малыми дозами, в больших – токсичен.

Организму человека не требуется большого количества, с удивительным постоянством хранит в крови постоянную концентрацию (10–5 -10–6 %). Так называемое йодное зеркало крови. Из общего количества находящегося в организме, составляющего около 25 мг, большая половина сконцентрирована щитовидной железой. Почти весь йод входит в состав различных производных тирозина – гормона щитовидной железы, незначительная часть, около 1%, содержится в виде неорганического I1–. Большие дозы элементарного йода опасны, 2-3 г вызывают гибель. А в форме йодида допускается прием намного больших доз.

Если попадут в организм с пищей значительные количества неорганических солей йода, концентрация плазмой крови увеличится тысячекратно, спустя сутки йодное зеркало крови придет к норме. Строго подчиняется закономерностям внутреннего обмена, практически не зависит от условий эксперимента уровень йодного зеркала. Для рентгенодиагностики используют йодорганические соединения. Достаточно тяжелые ядра атомов йода рассеивают лучи рентгена. При введении внутрь организма диагностического средства получают исключительно четкие снимки отдельных участков тканей, органов.

Щитовидная железа

Йод входит в состав тиреоидных гормонов животных и человека: тироксина, трийодтиронина, оказывающих многостороннее действие на рост, развитие, обмен веществ организма, вырабатываемых щитовидной железой. В организме массой 70 кг содержится 12—20 мг. Суточная потребность человека определяется возрастом, физиологическим состоянием, массой тела. У среднего возраста нормальной комплекции (нормостеник) суточная доза составляет 0,15 мг.

Отсутствие/недостаток йода в рационе, типичный для некоторых местностей, приводит к заболеваниям (эндемический зоб, кретинизм, гипотиреоз). Поваренную соль, поступающую в продажу в местности с естественным геохимическим дефицитом, с целью профилактики снабжают йодидами калия, натрия, йодатом калия (йодированная соль). Недостаток вызывает болезни щитовидной железы (базедовая болезнь, кретинизм). Умеренный дефицит провоцирует усталость, головную боль, подавленное настроение, природную лень, нервозность, раздражительность, слабеют память, интеллект. В дальнейшем появятся аритмия, повышенное артериальное давление, упадет уровень гемоглобина крови.

В продуктах

Содержание йода кровью человека зависит от времени года: с сентября по январь концентрация понижается, февраль – начало нового подъема, в мае-июне йодное зеркало достигает наивысшего уровня. Колебания концентрации сравнительно небольшой амплитуды неизвестны. Больше всего содержится йода в продуктах: яйца, молоко, рыба, лук, много в морской капусте, достигающей прилавков супермаркетов в виде консервов, драже.

Ежедневное потребление, согласно рекомендациям Института медицины США, находится меж 110 и 130 мкг для детей в возрасте до 12 месяцев, 90 мкг – для детей в возрасте до восьми лет, 130 мкг – для детей до 13 лет, 150 мкг – для взрослых, 220 – мкг для беременных женщин и 290 мкг – для кормящих матерей. Верхний допустимый уровень потребления (UL) взрослых составляет 1,100 мкг/сут (1,1 мг / сут). Верхний предел высчитывается на основе анализа влияния добавок на тиреотропный гормон.

Щитовидная железа потребляет не более 70 мкг/день, синтезируя необходимые ежедневные количества гормонов Т4 и Т3. Более высокие рекомендуемые уровни суточного поступления йода представляются необходимыми для оптимального функционирования ряда специфических систем организма, включая кормящие молочные железы, слизистую оболочку желудка, слюнные железы, клетки головного мозга, сосудистые сплетения, слизистые оболочки полости рта и стенки артерий.

Природные источники пищевого йода включают морепродукты. Например, рыбу, морские водоросли (ламинария). Моллюски и ракообразные, молочные продукты и яйца, растения, выращенные на богатых йодом почвах. Йодированная соль, обогащенная йодом в виде йодида натрия. По состоянию на 2000 год, среднее потребление йода из пищи в Соединенных Штатах составляет 240 – 300 мкг/день для мужчин, 190 – 210 мкг/день – женщин.

Население США имеет адекватное потребление йода, сравнимое с женщинами детородного возраста и беременными, когда возможен умеренный риск дефицита. В Японии потребление в пределах 5280 – 13800 мкг/день пищевыми морскими водорослями, Комбу, экстрактами-юмами для бульона, картофельных чипсов. Однако новые исследования предполагают: потребление Японии нужно скорее считать укладывающимся в диапазон 1000 – 3000 мкг/сут. Верхний предел допустимого потребление страной составляет 3000 мкг/сут у взрослых.

После того, как программы по повышению содержания йода в питании реализованы, иногда наблюдался гипертиреоз. Йод-Базедова болезнь. Состояние наступает в основном у людей старше сорока лет, риск повышается, когда дефицит йода тяжелый сменяется резким повышением потребления йода.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *