Йод

Йод (тривиальное, проще говоря, общеупотребительное название — йод; на древне-греческом Ἰώδης означает фиалковый или фиолетовый) — это пищевой минерал, химический элемент, атомный номер которого 53. Относится к 17-й группе периодической таблицы химических элементов (по устаревшей короткой форме периодической системы принадлежит к главной подгруппе VII группы, или к группе VIIA), находится в пятом периоде таблицы. Атомная масса элемента 126,90447 атомные единицы массы. Обозначают символом I (от латинского Iodum). Неметалл химически активный, относят к группе галогенов.

При нормальных условиях простое вещество йод это кристаллы черно-серого цвета с фиолетовым металлическим блеском. Легко образует фиолетовые пары, которые обладают резким запахом. Молекула вещества двухатомная, формула которой I2. Йод знают все. Получив порез пальца, обычно тянемся к пузырьку с йодом, точнее с его спиртовым раствором. Этот элемент своеобразный и многим из нас, независимо от образования и профессии, приходилось открывать его заново не один раз. Своеобразную историю имеет элемент.

История

Йод открыл в 1811 году француз химик-технолог Бернар Куртуа (1777-1838), отец которого известный селитровар. Во времена Великой французской революции помогал своему отцу извлекать из недр земли основной элемент оружия для поражения тиранов, а позднее занялся селитроварением самостоятельно. Те, кто пренебрегли обязанностью извлечения из недр земли основного элемента оружия для поражения тиранов, были или подлецами или контрреволюционерами. Элементом здесь называют селитру KNO3, у которой доля в составе черного пороха составляет 75%. Остальное приходится на уголь и серу поровну.

В те времена селитру получали в селитряницах или буртах. Они представляли собой кучи, сложенные из животных и растительных отбросов, смешанных со строительным мусором, мергелем, известняком. Образовавшийся в процессе гниения аммиак окислялся микроорганизмами изначально в азотистую HNO2, а потом в азотную HNO3 кислоту, которая реагируя с углекислым кальцием, превращает его в нитрат Ca(NO3)2. Нитрат кальция извлекали горячей водой из смеси, а затем прибавляли поташ. Раствор нитрата калия, сливали с осадка и упаривали. Получившиеся кристаллы калиевой селитры очищались дополнительной перекристаллизацией.

Б. Куртуа не был просто ремесленником. Поработав три года в аптеке, Бернар получает разрешение на слушанье лекций по химии и занятия в лаборатории Политехнической школы Парижа у известного Фуркруа. Свои познания он вложил в изучение золы морских водорослей, которую использовали тогда для получения соды. Куртуа подметил, что медный котел для выпаривания зольных растворов, разрушался слишком быстро. После упаривания и осаждения кристаллических сульфатов натрия и калия, в маточном растворе, видимо, оставались сульфиды их и, что-то еще. Добавив к раствору концентрированную серную кислоту, Бернар обнаружил выделение фиолетовых паров. Не исключено, что нечто подобное наблюдали современники и коллеги Куртуа, однако он первый перешел от наблюдений к исследованию, от исследований – к выводу.

Цитируем выводы, написанные Куртуа: «В маточном растворе щелока, полученного из водорослей, содержится достаточно большое количество необычного и любопытного вещества. Легко выделяется. 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 фиолетового цвета. Эти пары конденсируются в форме блестящих кристаллических пластин, имеющих блеск, сходный с блеском кристаллического сульфида свинца. Удивительна окраска пара у нового вещества, что позволяет отличить его от всех ныне известных веществ, и у него наблюдают другие замечательные свойства, что придает его открытию величайший интерес».

В 1813 году впервые появилась научная публикация о веществе, затем стали изучать его химики из разных стран, в том числе светила науки Хэмфри Дэви и Жозеф Гей-Люссак. Год спустя они 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 по устаревшей короткой форме периодической системы, с атомным номером 53. Атомная масса – 126,9044. Галоген, из имеющихся в природе галогенов самый тяжелый, если не считать радиоактивный короткоживущий астат. В природе йод состоит практически из атомов одного-единственного изотопа с массовым числом 127. Радиоактивный йод-125 возникает в результате спонтанного деления урана. Важнейшие из искусственных изотопов йода – йод-131 и йод-133; их применяют в медицине.

Молекула элементарного йода состоит из двух атомов, как и у всех галогенов. Йод – единственный галоген, находящийся в твердом состоянии при нормальных условиях. Красивые темно-синие кристаллы йода напоминают графит. Характерны для чистого йода металлические свойства, такие как отчетливо выраженное кристаллическое строение, способность проводить электрический ток. Йод легко переходит в газообразное состояние, в отличие от графита и большинства металлов. Превращается йод в пар легче, чем в жидкость.

Температура плавления йода +113,5°C, но, необходимо, чтобы парциальное давление паров йода над плавящимися кристаллами было больше одной атмосферы. Другими словами, в узкогорлой колбе можно расплавить йод, а в открытой лабораторной чашке невозможно. В этом случае пары йода не будут накапливаться, и при нагреве йод переходит в газообразное состояние, минуя стадию жидкого состояния, что обычно и происходит при нагревании вещества. Кстати, температура, при которой кипит йод немного больше температуры плавления, она равна 184,35°C.

Не только простота перевода в газообразное состояние выделяет йод среди элементов. Взаимодействие с водой очень своеобразно. Элементарный йод в воде растворяется плохо, например, при 25°C лишь 0,3395 г/л. Однако можно получить и более концентрированный водный раствор элемента I, пользуясь нехитрым приемом, который используют медики, когда им необходимо подольше сохранить йодную настойку (3- или 5% раствор йода в спирте), чтобы йодная настойка не испарялась, в нее добавляют йодистый калий KI. Это же вещество KI поможет получить и богатые йодом водные растворы, для этого в йод добавляют не слишком разбавленный раствор йодистого калия.

Молекулы KI обладают способностью соединяться с молекулами элементарного йода. Если с каждой из сторон в реакцию вступит по одной молекуле, то получится красно-бурый трийодид калия. Йодистый калий способен присоединять большое число молекул йода, в итоге получатся соединения различного состава вплоть до KI9. Эти вещества получили называния полийодидов. Полийодиды нестойкие, и в их растворе присутствует элементарный йод в значительно большой концентрации, больше чем та, которую можно получить прямым растворением йода. Йод растворяется легко во многих органических растворителях, таких как сероуглерод, бензол, керосин, спирт, эфир, хлороформ. Окраска неводных растворов йода различная. Например, раствор его в сероуглероде – фиолетовый, а в спирте – бурый. Чем это объясняется?

Возможно, фиолетовые растворы богаты йодом в виде молекул I2. Если же получается раствор иного цвета, логичнее предположить наличие в нем соединений йода с растворителем. Однако не все химики поддерживают эту точку зрения. Часть их считает, что различные окраски йодных растворов можно объяснить существованием разного рода сил, соединяющих молекулы растворителя и растворенного вещества.

Электричество проводят фиолетовые растворы йода, так как в этом растворе молекулы I2 частично диссоциируют на положительные и отрицательные ионы I. Это предположение не противоречит представлению о возможных валентностях элемента йода. Наиболее распространенные валентности его: 1– (называют такие соединения йодидами), 5+ (йодаты) и 7+ (перйодаты). Известны соединения йода, в которых проявляется валентность 1+ и 3+, играя роль одновалентного или трехвалентного металла. Существует соединение йода с кислородом, где элемент I восьмивалентен, – IO4.

Но чаще всего йод, как и положено галогену, на внешней оболочке атома которого семь электронов, проявляет валентность 1–. Как все галогены, он достаточно активный, реагирует с большинством металлов ( при температуре до 50°C благородное серебро проявляет устойчивость к действию йода) , но уступает и брому и хлору, не говоря уже о фторе. Есть элементы, как углерод, азот, кислород, сера, селен, которые в непосредственную реакцию с йодом не вступают.

В природе

Йод в природе элемент достаточно редкий. Его кларк (показатель содержания в земной коре в весовых процентах) всего 4·10–5%. Его много меньше, чем самых труднодоступных элементов из семейства лантаноидов – тулия и лютеция. Одна особенность есть у йода, крайняя рассеянность в природе. Далеко не самый распространенный элемент, йод присутствует везде. Даже в сверхчистых кристаллах горного хрусталя находятся микропримеси йода. Прозрачные кальциты содержат элемент I до 5·10–6%. В почве, в морской и речной воде, в растительных клетках и организмах животных есть йод. А вот богатых йодом минералов мало. Наиболее знакомый из них – лаутарит Ca(IO3)2. Но промышленных месторождений у лаутарита на Земле не существует.

Для получения йода, концентрируют природные растворы, которые содержат этот элемент, к примеру воду соленых озер или попутные нефтяные воды, можно перерабатывать природные концентраторы йода – морские водоросли. Тонна высушенной морской капусты (ламинарии) содержит до 5 кг йода, а тонна морской воды имеет его всего лишь 20-30 мг. Как и все жизненно важные элементы, йод в природе совершает круговорот. Многие соединения йода в воде растворяются хорошо, йод выщелачивается из магматических пород, уносится в моря и океаны. Морская вода, испаряясь, поднимает массы элементарного йода в воздух. Именно элементарного: соединения элемента 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 выпадает на землю, попадая в почву, грунтовые воды, живые организмы. Последние концентрируют йод, но, умирая, возвращают его почве, откуда снова природные воды его вымывают, попадая в океан, вновь испаряется, и все начинается заново. Это общая схема, где опущены частности и химические преобразования, неизбежные на разных этапах этого вечного круговорота. Изучен круговорот йода хорошо, и это не удивляет: велика роль микроколичества этого элемента в жизни человека, растений, животных.

Много труда геологов, химиков и технологов уходит на поиск йодного сырья и разработку способа добычи йода. До 60-х годов девятнадцатого века водоросли считали единственным источником для промышленного получения йода. В 1868 году йод начали получать из отходов производства селитры, которые имеют йодат и йодид натрия. Бесплатное сырье и простота получения йода из селитряных маточных растворов дали чилийскому йоду широкое распространение. В первую мировую войну чилийцы прекратили поставки селитры и йода, и недостаток йода начал сказываться на состоянии фармацевтической промышленности в странах Европы. Начали поиски рентабельного способа получения йода. Наша страна в годы Советской власти йод получала из подземных и нефтяных вод Кубани, где в 1882 году йод был обнаружен русским химиком А.Л. Потылициным. Позднее подобные воды открыли в Туркмении и Азербайджане.

Йода содержится в подземных и попутных водах нефтедобычи мало. Это и явилось основной трудностью для создания экономически оправданных промышленных способов получения йода. Считали, что нужна химическая приманка, которая образовывала бы с йодом довольно прочное соединение и собирала его. Первоначальной приманкой оказался крахмал, потом использовали соли меди и серебра, для связывания йода в нерастворимые соединения. Попробовали керосин – йод хорошо растворился в нем. Но все использованные способы оказались дорогостоящими и даже огнеопасными.

В 1930 году советским инженером В.П. Денисович был разработан угольный метод извлечения йода из нефтяных вод, который довольно долго лежал в основе советского йодного производства. Килограмм угля за месяц накапливал до 40 г йода. Пробовали и другие методы. В последние десятилетия ХХ века выяснили, что йод избирательно осаждается высокомолекулярными ионообменными смолами. В йодной промышленности мира ионитный способ используют ограниченно. Пытались применить его и у нас, но малое содержание йода и недостаточная избирательность ионитов на йод не позволяют этому, перспективному методу в корне изменить йодную промышленность.

Считают перспективными геотехнологические методы добычи йода, позволяющие получать йод из попутных вод газовых и нефтяных месторождений, не выкачивая воды на поверхность. Специальные реактивы, заведенные через скважину, сконцентрируют йод под землей, а на поверхность пойдет не слабый раствор, а концентрат. Тогда вот резко повысится производство йода и потребление его промышленностью, которую весьма привлекает комплекс свойств этого элемента. В 1915 году первый в России йодный завод построили в Екатеринославе (ныне Днепропетровск); выделяли йод из золы черноморской водоросли филлофоры. На этом заводе добыли 200 кг йода за годы первой мировой войны.

В организме

В организме они не ограничиваются йодной настойкой. Йод в жизни растений – он один из важнейших микроэлементов, напомним о его роли в жизни человека. В 1854 году превосходный химик-аналитик француз Шатен обнаружил, что распространенность заболевания зобом зависит от содержания йода в потребляемой людьми пище, воздухе, почве. Коллеги не согласились с выводами Шатена; а Французская академия наук назвала их вредными. Что же касается возникновения самой болезни, то считали, что ее вызывают 42 причины, а недостатка йода в этом перечне не было.

Прошло почти пятьдесят лет пока авторитет немецких ученых Освальда и Баумана убедил ученых из Франции признать свою ошибку. Эксперименты Баумана и Освальда доказали, что щитовидная железа имеет огромное количество йода и вырабатывает содержащие йод гормоны. Недостаток йода вызывает небольшое увеличение щитовидной железы, но, постепенно развиваясь, эта болезнь, которая носит название эндемический зоб, поражает многие системы организма. Результатом болезни является нарушение обмена веществ, замедляется рост. В тяжелых случаях эндемический зоб приводит к глухоте, к кретинизму. Эта болезнь получила распространение в горных районах и в местах, удаленных от моря.

Широкое распространение болезни подтверждает даже произведения живописи. Например, на лучшем женском портрете Рубенса «Соломенная шляпка», где у красивой женщины, нарисованной на портрете, заметна припухлость шеи опытный врач сразу определил бы увеличение щитовидки. Такие же симптомы и у Андромеды с картины «Персей и Андромеда». Признаки йодной недостаточности наблюдаются у людей, изображенных на портретах и картинах Ван-Дейка, Рембрандта, Дюрера.

В нашей стране, большинство областей удаленных от моря, ведут постоянную борьбу с эндемическим зобом средствами профилактики. Надежнейшее и простейшее и средство йодированная соль с добавками микродоз йодидов к поваренной соли. Интересно отметить, что история лечебного назначения йода уходит в глубину веков. О целебных свойствах веществ, содержащих йод, было известно за 3 тыс. лет до открытия этого элемента. Китайский кодекс в 1567 году до нашей эры рекомендовал для лечения зоба морские водоросли. В хирургии антисептические свойства йода впервые использовал французский врач Буанэ. Водные и спиртовые растворы это самые простые лекарственные формы йода, которые очень долго не могли найти применение в хирургии, хотя в 1865-1866 годах великим русским хирургом Н.И. Пироговым применялась йодная настойка при лечении ран.

Приоритет в подготовке операционного поля при помощи йодной настойки ошибочно приписывают немецкому врачу Гроссиху. Между тем в 1904 году, за четыре года до Гроссиха, русский военврач Н.П. Филончиков в статье «Водные растворы йода как антисептическая жидкость в хирургии» обращал внимание хирургов на достоинства спиртовых и водных растворов йода при подготовке к операции. Эти простейшие препараты не утратили своего огромного значения и поныне. Интересно, что могут йодную настойку назначать и для приема внутрь по несколько капель на чашку молока. Это приносит пользу при атеросклерозе, но необходимо помнить, что йод полезен лишь в малых дозах, а в больших уже токсичен.

Организму человека не требуется большого количества йода, но с удивительным постоянством хранит в крови постоянную концентрацию (10–5-10–6%) йода, так называемое йодное зеркало крови. Из общего количества йода находящегося в организме, которое составляет около 25 мг, большая половина находится в щитовидной железе. Почти весь йод железы входит в состав различных производных тирозина – гормона щитовидной железы, и незначительная часть его, около 1%, содержится в виде неорганического йода I1–. Большие дозы элементарного йода опасны для жизни, уже 2-3 г приводят к смерти. А в форме йодида в то же время допускается прием внутрь намного больших доз.

Если попадут в организм с пищей значительные количества неорганических солей йода, то концентрация его в крови увеличится в 1000 раз, но уже через сутки йодное зеркало крови придет к норме. Строго подчиняется закономерностям внутреннего обмена и 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 такого диагностического средства получают исключительно четкие рентгеновские снимки отдельных участков тканей и органов.

Щитовидная железа

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

Отсутствие или недостаток йода в рационе, что типично для некоторых местностей приводит к заболеваниям (эндемический зоб, кретинизм, гипотиреоз). В борьбе с этим к поваренной соли, поступающей в продажу в местности с естественным геохимическим дефицитом йода, с целью профилактики добавляют йодид калия, йодид натрия или йодат калия (йодированная соль). Недостаток йода вызывает болезни щитовидной железы (например, базедовая болезнь, кретинизм). При небольшом недостатке йода отмечают усталость, головную боль, подавленное настроение, природную лень, нервозность и раздражительность, слабеет память и интеллект. В дальнейшем появятся аритмия, повышенное артериальное давление, упадет уровень гемоглобина в крови.

В продуктах

Содержание йода в крови человека зависит от времени года: с сентября по январь концентрация йода в крови понижается, в феврале начало нового подъема, а в мае – июне йодное зеркало достигает наивысшего уровня. Колебания йода имеют сравнительно небольшую амплитуду, и их причины до сих пор не выяснены. В пищевых продуктах много йода содержится в яйцах, молоке, рыбе, луке, очень много йода в морской капусте, которая поступает в продажу в виде консервов, драже и других продуктов.

Ежедневное потребление, согласно рекомендациям Института медицины США, находится между 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) для 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, чем 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 от 240 до 300 мкг / день для мужчин и от 190 до 210 мкг / день – для женщин.

В общем, население США имеет адекватное потребление йода, сравнимое с женщинами детородного возраста и беременными, когда и возможен умеренный риск дефицита. В Японии потребление в пределах от 5280 до 13800 мкг / день из пищевых морских водорослей или Комбу, иногда в виде экстрактов Kombu юмами для бульона и картофельных чипсов. Однако новые исследования предполагают: потребление Японии нужно скорее считать укладывающимся в диапазон от 1000 до 3000 мкг / сут. Верхний предел допустимого потребление йода в Японии составляет 3000 мкг / сут у взрослых.

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

Комментарии Йод

  1. Спасибо, отличная статья.

Добавить комментарий

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