Йод

Ио́д (общеупотребительное название — йо́д; от греч. ἰώδης — «фиалковый (фиолетовый)», также от лат. Iodum) — химический элемент 17-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы седьмой группы, VIIA), пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 53.

Ниже температуры тройной точки на диаграмме фазового равновесия имеется только линия сублимации. Поэтому при относительно медленном (квазистатическом) нагреве в открытой системе, когда подавляющая часть подводимой от нагревателя энергии расходуется на фазовый переход (возгонку), а не на повышение температуры твёрдой фазы, иод, не плавясь, возгоняется и превращается сразу в пары. Наоборот, при охлаждении иод десублимируется и образует кристаллы, минуя жидкое состояние. Для превращения в жидкость твёрдый иод нагревают в закрытом сосуде. При очень быстром (нестатическом) нагреве иод плавится даже в открытом сосуде

Простое вещество иод (при нормальных условиях) — это кристаллы (формула — I₂) чёрно-серого цвета с фиолетовым металлическим блеском, проявляющие неметаллические свойства и издающие характерный запах. Легко образует фиолетовые пары, обладающие резким запахом. Элементарный иод высокотоксичен.

Полная электронная конфигурация атома иода: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d¹⁰5s²5p⁵

Природный иод является моноизотопным элементом, в его состав входит только один изотоп — иод-127. Конфигурация внешнего электронного слоя — 5s²p⁵. В соединениях проявляет степени окисления −1, 0, +1, +3, +5 и +7 (валентности I, III, V и VII).

Радиус нейтрального атома иода 0,136 нм, ионные радиусы I⁻, I⁵⁺ и I⁷⁺ равны, соответственно, 0,206; 0,058—0,109; 0,056—0,067 нм. Энергии последовательной ионизации нейтрального атома иода равны, соответственно: 10,45; 19,10; 33 эВ. Сродство к электрону −3,08 эВ. По шкале Полинга электроотрицательность иода равна 2,66, иод принадлежит к числу неметаллов.

Иод при обычных условиях — твёрдое вещество, чёрно-серые или тёмно-фиолетовые кристаллы со слабым металлическим блеском и специфическим запахом.

Пары имеют характерный фиолетовый цвет, так же, как и растворы в неполярных органических растворителях, например в бензоле — в отличие от бурого раствора в полярном этиловом спирте. Слабо растворяется в воде (0,28 г/л), лучше растворяется в водных растворах иодидов щелочных металлов с образованием трииодидов (например, трииодида калия KI₃).

При нагревании при атмосферном давлении иод сублимирует (возгоняется), превращаясь в пары фиолетового цвета; при охлаждении при атмосферном давлении пары иода кристаллизуются, минуя жидкое состояние. Этим пользуются на практике для очистки иода от нелетучих примесей. Жидкий иод можно получить, нагревая его под давлением.

Известны 37 изотопов иода с массовыми числами от 108 до 144. Из них только ¹²⁷I является стабильным, период полураспада остальных изотопов иода составляет от 103 мкс до 1,57⋅10⁷ лет; отдельные изотопы используются в терапевтических и диагностических целях.

Радиоактивный нуклид ¹³¹I распадается с испусканием β-частиц (наиболее вероятные максимальные энергии — 0,248, 0,334 и 0,606 МэВ), а также с излучением γ-квантов с энергиями от 0,08 до 0,723 МэВ.

История открытия

Иод был открыт в 1811 году Куртуа. При кипячении серной кислоты с рассолом золы морских водорослей он наблюдал выделение фиолетового пара, при охлаждении превращающегося в тёмные кристаллы с ярким блеском.

Элементная природа иода установлена в 1811—1813 годах Л. Ж. Гей-Люссаком (а чуть позже — и Х. Дэви). Гей-Люссак получил также многие производные (HI, HIO₃, I₂O₅, ICl и др.). Важнейшим природным источником иода служат буровые воды нефтяных и газовых скважин.

В начале XX века основными мировыми поставщиками иода были держатели чилийских селитренных фабрик «Йодное объединение» и «Международный синдикат», которые ограничивали добычу иода, задействуя лишь 30 из 160 фабрик (700 тонн в год из потенциальных 4000) для поддержания на мировом рынке высоких цен. В Великобритании, Японии и Норвегии иод производился из морских водорослей. В 1914 году английские фирмы скупили и закрыли норвежские иодные заводы. Россия импортировала чилийский иод через германских и американских посредников вплоть до 1917 года, когда специальная царская комиссия одобрила основание завода в Архангельске по добыче иода из водорослей Белого моря для нужд фронта. К 1923 году из-за сложности со сбором сырья завод стал убыточным и был распущен. Его сотрудники открыли новый Жижгинский завод при поддержке йодного отделения Архангельского института промышленных изысканий и привлекая к сбору сырья поморов. Начав с 50 кг иода в 1923 году, в 1929 году заводчане получили первую тонну иода. При ежегодной потребности СССР в 115 тоннах Госплан РСФСР выделил дополнительные средства на устройство ещё 20 заводов на Беломорье, а также рассмотрел возможность добычи иода из нефтяных источников Апшеронского полуострова^[7]. В 1964 году на базе Славянско-Троицкого месторождения (единственного в России промышленного месторождения йодобромных вод) заработал Троицкий йодный завод с мощностью эксплуатационных запасов 200 тонн иода в год. С распадом СССР и появлением на внутреннем рынке дешёвого иода из Чили к середине 1990-х годов предприятие стало убыточным, в 2015 году в связи с износом инфраструктуры добыча сырья прекратилась, в июне 2019 года завод признан банкротом, а в 2020 году куплен фармацевтическим предприятием «ЮжФарм».

Применение

5-процентный спиртовой раствор иода используется для дезинфекции кожи вокруг повреждения (рваной, резаной или иной раны), но не для приёма внутрь при дефиците иода в организме. Продукты присоединения иода к крахмалу (т. н. «Синий йод» — Йодинол, Йокс, Бетадин и др.) являются более мягкими антисептиками.

При большом количестве внутримышечных инъекций на их месте пациенту делается йодная сетка — йодом рисуется сетка на площади, в которую делаются инъекции (например, на ягодицах). Это нужно для того, чтобы быстро рассасывались «шишки», образовавшиеся в местах внутримышечных инъекций.

В рентгенологических и томографических исследованиях широко применяются йодсодержащие контрастные препараты.

Иод-131, как и некоторые радиоактивные изотопы иода (¹²⁵I, ¹³²I), применяется в медицине для диагностики и лечения заболеваний щитовидной железы. Изотоп широко применяется при лечении диффузно-токсического зоба (болезни Грейвса), некоторых опухолей. Согласно нормам радиационной безопасности НРБ-99/2009, принятым в России, выписка из клиники пациента, лечившегося с использованием иода-131, разрешается при снижении общей активности этого нуклида в теле пациента до уровня 0,4 ГБк. В криминалистике пары иода применяются для обнаружения отпечатков пальцев на бумажных поверхностях, например на купюрах.

Иод используется в источниках света:

• галогеновых лампах — в качестве компонента газового наполнителя колбы для осаждения испарившегося вольфрама нити накаливания обратно на неё.
• металлогалогеновых дуговых лампах — в качестве газовой среды разряда используются галогениды ряда металлов, использование различных смесей которых позволяет получать лампы с большим разнообразием спектральных характеристик.

Иод используется в качестве компонента положительного электрода (окислителя) в литиево-ионных аккумуляторах для автомобилей.Некоторые иодорганические соединения применяются для производства сверхмощных газовых лазеров на возбуждённых атомах иода (исследования в области лазерного термоядерного синтеза).

Биологическая роль

Иод относится к микроэлементам и присутствует во всех живых организмах. Его содержание в растениях зависит от присутствия его соединений в почве и водах. Некоторые морские водоросли (морская капуста, ламинария, фукус и другие) накапливают до 1 % иода. Богаты иодом водные растения семейства рясковых. Иод входит в скелетный белок губок и скелетопротеинов морских многощетинковых червей.

У животных и человека иод входит в состав так называемых тиреоидных гормонов, вырабатываемых щитовидной железой, — тироксина и трийодтиронина, оказывающих многостороннее воздействие на рост, развитие и обмен веществ организма.

В организме человека (масса тела 70 кг) содержится 12—200 мг иода; содержание иода в организме человека (общее) — порядка 0,0001 %. Суточная потребность человека в иоде определяется возрастом, физиологическим состоянием и массой тела. Для человека среднего возраста нормальной комплекции (нормостеник) суточная доза иода составляет 0,15 мг.

Отсутствие или недостаток иода в рационе (что типично для некоторых местностей) приводит к заболеваниям (эндемический зоб, кретинизм, гипотиреоз). В связи с этим к поваренной соли, поступающей в продажу в местностях с естественным геохимическим дефицитом иода, с профилактической целью добавляют иодид калия, иодид натрия или иодат калия (иодированная соль).

Недостаток иода приводит к заболеваниям щитовидной железы (например, к базедовой болезни, кретинизму). Также при небольшом недостатке иода отмечается усталость, головная боль, подавленное настроение, природная лень, нервозность и раздражительность; слабеет память и интеллект. Со временем появляется аритмия, повышается артериальное давление, падает уровень гемоглобина в крови.

Избыток иода в пище обычно легко переносится организмом, однако в отдельных случаях у людей с повышенной чувствительностью этот избыток может также привести к расстройствам щитовидной железы.

Меры предосторожности

Иод в виде свободного вещества ядовит. Полулетальная доза (LD50) — 3 г. Вызывает поражение почек и сердечно-сосудистой системы. При вдыхании паров иода 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.

ПДК иода в воде 0,125 мг/дм³, в воздухе 1 мг/м³. Иод относится ко II классу токсичности (высокоопасен) согласно ГОСТ 12.1.007-76.

Радиоактивный иод-131 (радиойод), являющийся бета- и гамма-излучателем, особенно опасен для организма человека, так как радиоактивные изотопы биохимически не отличаются от стабильных. Поэтому почти весь радиоактивный иод, как и обычный, концентрируется в щитовидной железе, что приводит к её облучению и дисфункции. Основным источником загрязнения атмосферы радиоактивным иодом являются атомные станции и фармакологическое производство. В то же время это свойство радиоиода позволяет использовать его для борьбы с опухолями щитовидной железы и диагностики её заболеваний (см. выше).