JOD: HISTORIK, EGENSKAPER, STRUKTUR, ERHÅLLANDE, RISKER, ANVÄNDNINGAR - KEMI - 2026

Den jod är en reaktiv icke - metalliskt grundämne tillhörande grupp 17 i det periodiska systemet (halogener) och representeras av den kemiska symbolen I. Det är i huvudsak ett element ganska populärt känd från jod vatten tills hormon tyrosin .

I fast tillstånd är jod mörkgrå med en metallisk glans (nedre bild), som kan sublimera för att ge en violetad ånga, som, när den kondenseras på en kall yta, lämnar en mörk rest. Experimenten för att demonstrera dessa egenskaper har varit många och attraktiva.

Robusta jodkristaller. Källa: BunGee

Detta element isolerades för första gången av Bernard Curtois år 1811, samtidigt som det erhöll föreningar som tjänade som råmaterial för framställning av nitrat. Emellertid identifierade Curtois inte jod som ett element, en fördel som delades av Joseph Gay-Lussac och Humphry Davy. Gay-Lussac identifierade elementet som "iode", en term som kom från det grekiska ordet "ioides" med vilken färgfiolen utsågs.

Elementärt jod är, liksom de andra halogenerna, en diatomisk molekyl som består av två jodatomer kopplade till en kovalent bindning. Van der Waals-interaktionen mellan jodmolekyler är den starkaste bland halogener. Detta förklarar varför jod är halogenen med de högsta smält- och kokpunkterna. Dessutom är det den minst reaktiva av halogenerna och den med den lägsta elektronegativiteten.

Jod är ett väsentligt element som måste intas, eftersom det är nödvändigt för kroppstillväxt; hjärnans och mental utveckling; ämnesomsättning i allmänhet etc., rekommenderar ett dagligt intag av 110 μg / dag.

Jodbrist i fosttillståndet hos en person är förknippat med uppkomsten av kretinism, ett tillstånd som kännetecknas av bromsa kroppstillväxten; liksom otillräcklig mental och intellektuell utveckling, strabismus, etc.

Under tiden är en jodbrist i varje ålder hos individen förknippad med utseende av en struma, kännetecknad av en hypertrofi i sköldkörteln. Goiter är en endemisk sjukdom, eftersom den är begränsad till vissa geografiska områden med sina egna näringsegenskaper.

Historia

Upptäckt

Jod upptäcktes av den franska kemisten Bernard Curtois, år 1811, medan han arbetade med sin far i produktionen av saltpeter och krävde natriumkarbonat för detta.

Denna förening isolerades från tång som de samlade vid kusten i Normandie och Bretagne. För detta ändamål brändes algerna och askan tvättades med vatten, varvid de resulterande resterna förstördes med tillsats av svavelsyra.

En gång, kanske med ett framgångsrikt misstag, tillsatte Curtois ett överskott av svavelsyra och en lila ånga bildades som kristalliserades på de kalla ytorna och satte sig som mörka kristaller. Curtois misstänkte att han var i närvaro av ett nytt element och kallade det "Substance X".

Curtois upptäckte att detta ämne när det blandades med ammoniak bildade ett brunt fast ämne (kvävetriiodid) som exploderade vid minsta kontakt.

Emellertid var Curtois begränsad när han fortsatte sin forskning och beslutade att ge prover av sitt ämne till Charles Desormes, Nicolas Clément, Joseph Gay-Lussac och André-Marie Ampère, för att få deras samarbete.

Framväxten av namnet

I november 1813 offentliggjorde Desormes och Clément Curtois upptäckt. I december samma år påpekade Gay-Lussac att det nya ämnet kunde vara ett nytt element, vilket föreslog namnet "jod" från det grekiska ordet "ioider", utsett för violet.

Sir Humphry Davy, som fick en del av provet som gavs Ampère av Curtois, experimenterade med provet och noterade en likhet med klor. I december 1813 deltog Royal Society of London i identifieringen av ett nytt element.

Även om en diskussion uppstod mellan Gay-Lussac och Davy om identifiering av jod, erkände de båda att Curtois var den första som isolerade den. 1839 fick Curtois äntligen Montynpriset från Royal Academy of Sciences som erkännande av isoleringen av jod.

Historiska användningar

1839 gav Louis Daguerre jod sitt första kommersiella bruk och uppfann en metod för att producera fotografiska bilder som kallas daguerreotyper, på tunna metallskivor.

År 1905 undersökte den nordamerikanska patologen David Marine jodbrist vid vissa sjukdomar och rekommenderade dess intag.

Fysiska och kemiska egenskaper

Utseende

Sublimering av jodkristaller. Källa: Ershova Elizaveta

Massiv mörkgrå med metallisk glans. När de sublimeras är dess ångor lila i färg (toppbild).

Atomvikt standard

126,904 u

Atomnummer (Z)

53

Smältpunkt

113,7 ºC

Kokpunkt

184,3 ºC

Densitet

Omgivningstemperatur: 4,933 g / cm ³

löslighet

Den upplöses i vatten för att producera bruna lösningar med en koncentration av 0,03% vid 20 ºC.

Denna löslighet ökas avsevärt om det är tidigare upplöst jodidjoner, eftersom en jämvikt etableras mellan I ^- och I ₂ för att bilda de anjoniska species I ₃ ^- , vilka solvat bättre än jod.

I organiska lösningsmedel, såsom kloroform, koltetraklorid och koldisulfid, löses jod upp vilket ger en lila nyans. Dessutom upplöses det i kvävehaltiga föreningar, såsom pyridin, kinolin och ammoniak, för att bilda en brunaktig lösning igen.

Skillnaden i färgsättningar ligger i det faktum att joden löses som solvatiserad jag ₂ -molekyler , eller som komplex laddningsöverförings; det senare visas när man handlar med polära lösningsmedel (vatten bland dem), som uppträder som Lewis-baser genom att donera elektroner till jod.

Odör

Skarp, irriterande och karakteristisk. Lukttröskel: 90 mg / m ³ och irriterande luktgräns: 20 mg / m ³ .

Fördelningskoefficient oktanol / vatten

Log P = 2,49

Sönderfall

När den upphettas till sönderdelning avger den en rök av vätejodid och olika jodidföreningar.

Viskositet

2,27 cP vid 116 ºC

Triple point

386,65 K och 121 kPa

Kritisk punkt

819 K och 11,7 MPa

Smältvärme

15,52 kJ / mol

Förångningsvärme

41,57 kJ / mol

Molär kalorikapacitet

54,44 J / (mol K)

Ångtryck

Jod har ett måttligt ångtryck och när behållaren öppnas sublimeras den långsamt till en violett ånga, irriterande för ögon, näsa och hals.

Oxidationsnummer

Oxidationsnummer för jod är: - 1 (I ^- ), +1 (I ⁺ ), +3 (I ³⁺ ), +4 ( ^I4+ ), +5 (I ⁵⁺ ), +6 ( I ⁶⁺ ) och +7 (I ⁷⁺ ). I alla jodidsalter, såsom KI, har jod ett oxidationsantal på -1, eftersom vi i dem har anjonen I ^- .

Jod erhåller positiva oxidationsnummer när det kombineras med element som är mer elektronegativa än det; till exempel i dess oxider (I ₂ O ₅ och I ₄ 0 ₉ ) eller interhalogenerade föreningar (IF, I-Cl och I-Br).

Elektronnegativitet

2.66 på Pauling-skalan

Joniseringsenergi

Först: 1 008,4 kJ / mol

Andra: 1 845 kJ / mol

Tredje: 3,180 KJ / mol

Värmeledningsförmåga

0,449 W / (mK)

Elektrisk resistans

1,39 · 10 ⁷ Ω · m vid 0 ºC

Magnetisk ordning

diamagnetiska

Reaktivitet

Jod kombineras med de flesta metaller för att bilda jodider, liksom icke-metalliska element som fosfor och andra halogener. Jodidjon är ett starkt reduktionsmedel och frisätter spontant en elektron. Oxidation av jod ger en brunaktig ton av jod.

Jod är, i motsats till jodid, ett svagt oxidationsmedel; svagare än brom, klor och fluor.

Jod med oxidationsnummer +1 kan kombineras med andra halogener med oxidationsnummer -1 för att ge halogenider av jod; till exempel: jodbromid, IBr. På samma sätt kombineras det med väte för att ge upphov till vätejodid, som efter upplösning i vatten kallas hydrojodsyra.

Hydrojodsyra är en mycket stark syra som kan bilda jodider genom reaktion med metaller eller deras oxider, hydroxider och karbonater. Jod har en 5 oxidationstillstånd i jodsyra (HIO ₃ ), som dehydratiseras för att producera jod pentoxid (I ₂ O ₅ ).

Struktur och elektronisk konfiguration

- Jodatom och dess bindningar

Diatomic jodmolekyl. Källa: Benjah-bmm27 via Wikipedia.

Jod i dess marktillstånd består av en atom som har sju valenselektroner, endast en från att kunna fullborda sin oktett och bli isoelektronisk med ädelgasens xenon. Dessa sju elektroner är anordnade i deras 5s och 5p orbitaler enligt deras elektroniska konfiguration:

4d ¹⁰ 5s ² 5p ⁵

Därför visar jag atomer en stark tendens att binda kovalent så att var och en individuellt har åtta elektroner i sitt yttersta skal. Således sammanförs två I-atomer och bildar bindning II, som definierar den diatomiska molekylen I ₂ (toppbild); molekylär jod i dess tre fysiska tillstånd under normala förhållanden.

Bilden visar I _2- molekylen representerad av en rumslig fyllningsmodell. Det är inte bara en diatomisk molekyl, utan också homonukleär och apolär; därför styrs deras intermolekylära interaktioner (I ₂ - I ₂ ) av Londons spridningskrafter, som är direkt proportionella mot deras molekylmassa och atomernas storlek.

Denna II-bindning är emellertid svagare jämfört med de andra halogenerna (FF, Cl-Cl och Br-Br). Detta beror teoretiskt på den dåliga överlappningen mellan deras sp ^3- hybridbana .

- Kristaller

Molekylmassan av I ₂ låter sina dispersiva krafter för att vara riktnings och stark nog för att etablera en ortorombisk kristall vid omgivningstryck. Dess höga elektroninnehåll får ljuset att främja oändliga energiövergångar, vilket gör att jodkristaller färgar svart.

Men när jod sublimerar visar dess ångor en violett färg. Detta indikerar redan en mer specifik övergång inom I ₂ molekylära orbitaler (de med högre energi eller anti-bindning).

Bascentrerad ortorombisk enhetscell för jodkristallen. Källa: Benjah-bmm27.

Visas ovan är I- _två molekyler , som representeras av en sfärer och stavar mönster, anordnade inuti den ortorombiska enhetscell.

Det kan ses att det finns två lager: det nedre med fem molekyler och det mellersta med fyra. Observera också att en jodmolekyl sitter vid basen av cellen. Glas byggs genom att dessa lager lagras regelbundet i alla tre dimensioner.

Genom att resa riktningen parallellt med II-bindningarna konstateras det att jodbana överlappar varandra för att generera ett ledningsband, vilket gör detta element till en halvledare; emellertid försvinner dess förmåga att leda elektricitet om riktningen vinkelrätt mot skikten följs.

Länkavstånd

Link II verkar ha expanderat; och faktiskt är det, eftersom längden på dess bindning ökar från 266 pm (gasformigt tillstånd), till 272 pm (fast tillstånd).

Detta kan bero på det faktum att I- _två molekylerna är mycket långt ifrån varandra i gas , deras intermolekylära krafter är nästan försumbar; medan de är i det fasta materialet, blir dessa krafter (II - II) påtagliga, och drar till sig jodatomerna hos två angränsande molekyler mot varandra och förkortar följaktligen det intermolekylära avståndet (eller interatomiskt sett på annat sätt).

Sedan, när jodkristallen sublimerar, dras II-bindningen samman i gasfasen, eftersom de angränsande molekylerna inte längre utövar samma attraktiva (spridande) kraft på omgivningen. Och logiskt sett ökar avståndet I ₂ - I ₂ .

- Faser

Det nämndes tidigare att II-bindningen är svagare jämfört med de andra halogenerna. I gasfas vid en temperatur av 575 ° C, 1% av I- _två molekylerna sönderdelas till individuella I- atomer. Det finns så mycket värmeenergi att bara två jag går igenom de separerar, och så vidare.

På liknande sätt kan denna bindning brytas om enorma tryck appliceras på jodkristallerna. Genom att komprimera det för mycket (under tryck hundratusentals gånger större än atmosfärs), I- _två molekylerna ordna sig själva som en enatomig fas I, och jod sägs då uppvisa metalliska egenskaper.

Det finns emellertid andra kristallina faser, såsom: den kroppscentrerade orthorhombic (fas II), den kroppscentrerade tetragonalen (fas III) och den ansiktscentrerade kubiken (fas IV).

Var att hitta och få

Jod har ett viktförhållande i förhållande till jordskorpan på 0,46 ppm, rankat 61: a i överflöd i den. Jodmineraler är knappa, och kommersiellt utnyttjbara jodavlagringar är jodater.

Jodmineralerna finns i stolliga bergarter med en koncentration av 0,02 mg / kg till 1,2 mg / kg och i magmatiska bergarter med en koncentration från 0,02 mg till 1,9 mg / kg. Det finns också i Kimmeridge-skalet, med en koncentration av 17 mg / kg vikt.

Dessutom finns jodmineraler i fosfatbergarter med en koncentration mellan 0,8 och 130 mg / kg. Havsvatten har en jodkoncentration som sträcker sig från 0,1 till 18 ug / L. Tång, svampar och ostron var tidigare de viktigaste källorna till jod.

För närvarande är emellertid huvudkällorna kaliche, natriumnitratavlagringar i Atacama-öknen (Chile) och saltlösningar, främst från det japanska gasfältet i Minami Kanto, öster om Tokyo, och gasfältet Anadarko. Handfat i Oklahoma (USA).

Caliche

Jod extraheras från kaliche i form av jodat och behandlas med natriumbisulfit för att reducera den till jodid. Lösningen omsattes sedan med färskt extraherat jodat för att underlätta dess filtrering. Caliche var den viktigaste källan till jod under 1800- och början av 1900-talet.

Saltvatten

Efter rening behandlas saltlösningen med svavelsyra, som producerar jodid.

Denna jodlösning reageras därefter med klor för att producera en utspädd jodlösning, som indunstas av en luftström som avleds till ett absorberande torn av svaveldioxid, vilket ger följande reaktion:

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

Därefter reagerar vätejodidgas med klor för att frigöra joden i gasformigt tillstånd:

2 HI + Cl ₂ => I ₂ + 2 HCl

Och slutligen, jod filtreras, renas och förpackas för användning.

Biologisk roll

- Rekommenderad diet

Jod är ett väsentligt element, eftersom det ingriper i många funktioner i levande varelser, som är särskilt kända hos människor. Det enda sättet för jod att komma in i människan är genom maten han äter.

Den rekommenderade joddieten varierar med ålder. Således kräver ett 6 månader gammalt barn ett intag av 110 ug / dag; Men från 14 års ålder är den rekommenderade dieten 150 μg / dag. Dessutom anges att jodintaget inte bör överstiga 1100 ug / dag.

- Sköldkörtelhormoner

Sköldkörtstimulerande hormon (TSH) utsöndras av hypofysen och stimulerar upptaget av jod från sköldkörtelns folliklar. Jod transporteras in i sköldkörtelns folliklar, känd som kolloider, där det binder till aminosyran tyrosin för att bilda monoiodotyrosin och diiodotyrosin.

I follikulär kolloid kombineras en molekyl av monoiodothyronin med en molekyl diiodothyronin för att bilda en molekyl som kallas triiodothyronin (T ₃ ). Å andra sidan kan två molekyler av dijodotyrosin gå samman och bildar tetrajodtyronin (T ₄ ). T ₃ och T ₄ kallas sköldkörtelhormoner.

Hormonerna T ₃ och T- ₄ utsöndras i plasma där de binder till plasmaproteiner; inklusive sköldkörtelhormontransportproteinet (TBG). De flesta av sköldkörtelhormon transporteras i plasma som T ₄ .

Emellertid är den aktiva formen av sköldkörtelhormoner T ₃ , så T ₄ i de "vita organen" av sköldkörtelhormoner, genomgår avjodning och omvandlas till T _{3 för} att utöva sin hormonella verkan.

Effekter redigera

Effekterna av verkan av sköldkörtelhormoner är multipla, varvid följande är möjliga: ökad ämnesomsättning och proteinsyntes; främjande av kroppstillväxt och hjärnutveckling; ökat blodtryck och hjärtfrekvens etc.

- Brist

Bristen på jod och därför sköldkörtelhormon, känd som hypotyreos, har många konsekvenser som påverkas av personens ålder.

Om jodbrist uppstår under en persons fostertillstånd, är den mest relevanta konsekvensen kretinism. Detta tillstånd kännetecknas av tecken som nedsatt mental funktion, försenad fysisk utveckling, strabismus och försenad sexuell mognad.

En jodbrist kan inducera en struma, oavsett ålder då bristen inträffar. En struma är en överutveckling av sköldkörteln, orsakad av överdriven stimulering av körtlarna av hormonet TSH, frisatt från hypofysen till följd av jodbrist.

Den överdrivna storleken på sköldkörteln (goiter) kan komprimera luftstrupen, vilket begränsar luftens passage genom den. Dessutom kan det orsaka skador på larynxiella nerver som kan leda till heshet.

risker

Förgiftning från ett överdrivet intag av jod kan orsaka brännskador i mun, hals och feber. Även buksmärta, illamående, kräkningar, diarré, svag puls och koma.

Ett överskott av jod ger några av de symtom som observerats vid en brist: det finns en hämning av syntesen av sköldkörtelhormoner, vilket ökar frisättningen av TSH, vilket resulterar i en hypertrofi av sköldkörteln; det vill säga en struma.

Studier har visat att alltför mycket jodintag kan orsaka sköldkörteln och papillär sköldkörtelcancer. Dessutom kan ett överdrivet intag av jod interagera med mediciner, vilket begränsar deras verkan.

Att ta för mycket jod i samband med antityreoidemediciner, såsom metimazol, som används för att behandla hypertyreoidism, kan ha en tillsatseffekt och orsaka hypotyreos.

Angiotensin-omvandlande enzymhämmare (ACE) -hämmare, såsom benazepril, används för att behandla hypertoni. Att ta en överdriven mängd kaliumjodid ökar risken för hyperkalemi och hypertoni.

tillämpningar

läkare

Jod fungerar som ett hud- eller sårdesinfektionsmedel. Den har nästan omedelbar antimikrobiell verkan, penetrerar det inre av mikroorganismer och interagerar med svavelaminosyror, nukleotider och fettsyror, vilket orsakar celldöd.

Den utövar sin antivirala verkan huvudsakligen på de täckta virusen och antyder att den attackerar proteinerna på ytan av de täckta virusen.

Kaliumjodid i form av en koncentrerad lösning används vid behandling av tyrotoxikos. Det används också för att kontrollera effekterna av ¹³¹ I- strålning genom att blockera bindningen av den radioaktiva isotopen till sköldkörteln.

Jod används vid behandling av dendritisk keratit. För att göra detta utsätts hornhinnan för vattenångor mättade med jod, vilket förlorar tillfälligt hornhinnans epitel; men det är en fullständig återhämtning från det på två eller tre dagar.

Jod har också gynnsamma effekter vid behandlingen av cystisk fibros i det mänskliga bröstet. På samma sätt har det föreslagits att ¹³¹ jag skulle kunna vara en valfri behandling för cancer i sköldkörteln.

Reaktioner och katalytisk verkan

Jod används för att upptäcka närvaron av stärkelse, vilket ger en blå nyans. Jodreaktionen med stärkelse används också för att detektera förekomsten av förfalskade sedlar tryckta på papper som innehåller stärkelse.

Kalium (II) tetraiodomercurat, även känt som Nesslers reagens, används för detektion av ammoniak. Dessutom används en alkalisk jodlösning i jodformtestet för att visa närvaron av metylketoner.

Oorganiska jodider används för rening av metaller, såsom titan, zirkonium, hafnium och thorium. I ett steg i processen måste tetraiodiderna av dessa metaller bildas.

Jod fungerar som en stabilisator för kolofonium, olja och andra träprodukter.

Jod används som katalysator vid organiska syntesreaktioner av metylering, isomerisering och dehydrogenering. Under tiden används hydrojodsyra som katalysator för produktion av ättiksyra i processerna Monsanto och Cativa.

Jod fungerar som en katalysator vid kondensation och alkylering av aromatiska aminer, såväl som i sulfations- och sulfationsprocesser, och för framställning av syntetiska gummin.

Fotografi och optik

Silverjodid är en viktig del av traditionell fotografisk film. Jod används vid tillverkning av elektroniska instrument såsom enkelkristallprismor, polariserande optiska instrument och glas som kan överföra infraröda strålar.

Andra användningsområden

Jod används vid tillverkning av bekämpningsmedel, anilinfärgämnen och ftalin. Dessutom används den i syntesen av färgämnen och är ett röksläckningsmedel. Och slutligen tjänar silverjodiden som en kondensationskärna för vattenångan i molnen för att orsaka regn.

referenser

1. Shiver & Atkins. (2008). Oorganisk kemi . (Fjärde upplagan). Mc Graw Hill.
2. Stuart Ira Fox. (2003). Mänsklig psykologi . Första upplagan. Redigera. McGraw-Hill Interamericana
3. Wikipedia. (2019). Jod. Återställd från: en.wikipedia.org
4. Takemura Kenichi, Sato Kyoko, Fujihisa Hiroshi & Onoda Mitsuko. (2003). Modulerad struktur av fast jod under dess molekylära dissociation under högt tryck. Naturvolym 423, sid971–974. doi.org/10.1038/nature01724
5. Chen L. et al. (1994). Strukturfasövergångar av jod vid högt tryck. Institutet för fysik, Academia Sinica, Peking. doi.org/10.1088/0256-307X/11/2/010
6. Stefan Schneider & Karl Christe. (26 augusti 2019). Jod. Encyclopædia Britannica. Återställd från: britannica.com
7. Dr Doug Stewart. (2019). Fakta om jodelement. Chemicool. Återställd från: chemicool.com
8. National Center for Biotechnology Information. (2019). Jod. PubChem-databas. CID = 807. Återställd från: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
9. Rohner, F., Zimmermann, M., Jooste, P., Pandav, C., Caldwell, K., Raghavan, R., & Raiten, DJ (2014). Biomarkörer för näring för utveckling - jodgranskning. Journal of nutrition, 144 (8), 1322S-1342S. doi: 10.3945 / jn.113.181974
10. Advameg. (2019). Jod. Kemi förklarat. Återställd från: chemistryexplained.com
11. Traci Pedersen. (19 april 2017). Fakta om jod. Återställs från: livescience.com
12. Megan Ware, RDN, LD. (30 maj 2017). Allt du behöver veta om jod. Återställd från: medicalnewstoday.com
13. National Institute of Health. (9 juli 2019). Jod. Återställd från: ods.od.nih.gov