JOD: HISTORIE, EGENSKAPER, STRUKTUR, INNHENTING, RISIKO, BRUK - KJEMI - 2026

Den jod er en reaktiv ikke- - metallisk element som tilhører gruppe 17 i det periodiske system (halogener) og er representert ved den kjemiske betegnelsen I. Det er hovedsakelig et element ganske populært kjent fra den jod vann inntil hormon tyrosin .

I fast tilstand er jod mørkegrå med en metallisk glans (lavere bilde), som er i stand til å sublimere for å produsere en fiolett damp som, når den kondenseres på en kald overflate, etterlater en mørk rest. Eksperimentene for å demonstrere disse egenskapene har vært mange og attraktive.

Robuste jodkrystaller. Kilde: BunGee

Dette elementet ble isolert for første gang av Bernard Curtois i 1811, mens det ble oppnådd forbindelser som tjente som råstoff for fremstilling av nitrat. Curtois identifiserte imidlertid ikke jod som et element, en fortjeneste som deles av Joseph Gay-Lussac og Humphry Davy. Gay-Lussac identifiserte elementet som "iode", et begrep som kom fra det greske ordet "ioides" som fargen fiolett ble betegnet med.

Elementært jod er, i likhet med de andre halogenene, et diatomisk molekyl som består av to jodatomer knyttet sammen med en kovalent binding. Van der Waals-samspillet mellom jodmolekyler er det sterkeste blant halogener. Dette forklarer hvorfor jod er halogenet med de høyeste smelte- og kokepunktene. Videre er det den minst reaktive av halogenene, og den med lavest elektronregativitet.

Jod er et essensielt element som må svelges, siden det er nødvendig for kroppsvekst; hjerne- og mental utvikling; stoffskifte generelt, etc., og anbefaler et daglig inntak på 110 ug / dag.

Jodmangel i føtalstilstanden til en person er assosiert med utseendet av kretinisme, en tilstand som er karakterisert ved å bremse kroppsveksten; samt utilstrekkelig mental og intellektuell utvikling, strabismus, etc.

I mellomtiden er en jodmangel i en hvilken som helst alder hos individet assosiert med utseendet til en struma, preget av en hypertrofi av skjoldbruskkjertelen. Goiter er en endemisk sykdom, siden den er begrenset til visse geografiske områder med sine egne ernæringsegenskaper.

Historie

Oppdagelse

Jod ble oppdaget av den franske kjemikeren Bernard Curtois, i 1811, mens han jobbet sammen med sin far i produksjonen av nitrat, og krever natriumkarbonat for dette.

Denne forbindelsen ble isolert fra tang som de samlet ved kysten av Normandie og Bretagne. For dette formål ble algene brent og asken ble vasket med vann, de resulterende restene ble ødelagt med tilsetning av svovelsyre.

Ved en anledning, kanskje med en suksessfull feil, tilførte Curtois et overskudd av svovelsyre og det dannet en lilla damp som krystalliserte på de kalde overflatene, og satte seg som mørke krystaller. Curtois mistenkte at han var i nærvær av et nytt element og kalte det "Substance X".

Curtois oppdaget at dette stoffet, når det ble blandet med ammoniakk, dannet et brunt faststoff (nitrogen-triiodid) som eksploderte ved minimal kontakt.

Curtois var imidlertid begrenset i å fortsette forskningen og bestemte seg for å gi prøver av stoffet sitt til Charles Desormes, Nicolas Clément, Joseph Gay-Lussac og André-Marie Ampère, for å få et samarbeid.

Fremveksten av navnet

I november 1813 gjorde Desormes og Clément Curtois oppdagelse offentlig. I desember samme år påpekte Gay-Lussac at det nye stoffet kunne være et nytt element, og antydet navnet "iode" fra det greske ordet "ioides", utpekt til fiolett.

Sir Humphry Davy, som mottok en del av prøven gitt til Ampère av Curtois, eksperimenterte med prøven og bemerket en likhet med klor. I desember 1813 var Royal Society of London involvert i identifiseringen av et nytt element.

Selv om det oppsto en diskusjon mellom Gay-Lussac og Davy om identifisering av jod, erkjente de begge at Curtois var den første som isolerte den. I 1839 mottok Curtois endelig Montyn-prisen fra Royal Academy of Sciences som anerkjennelse av isolering av jod.

Historiske bruksområder

I 1839 ga Louis Daguerre jod sin første kommersielle bruk, og oppfant en metode for å produsere fotografiske bilder kalt daguerreotypier, på tynne metallplater.

I 1905 undersøkte den nordamerikanske patologen David Marine jodmangel ved visse sykdommer og anbefalte inntaket.

Fysiske og kjemiske egenskaper

Utseende

Sublimering av jodkrystaller. Kilde: Ershova Elizaveta

Massiv mørkegrå med metallisk glans. Når dampene er sublimerte, er dens lilla i fargen (toppbildet).

Standard atomvekt

126.904 u

Atomnummer (Z)

53

Smeltepunkt

113,7 ºC

Kokepunkt

184,3 ºC

tetthet

Omgivelsestemperatur: 4,933 g / cm ³

løselighet

Det løses opp i vann for å produsere brune oppløsninger med en konsentrasjon på 0,03% ved 20 ºC.

Denne løseligheten økes betraktelig hvis det tidligere er oppløste jodidioner, siden det er etablert en likevekt mellom I ^- og I _{2 for} å danne den anioniske arten I ₃ ^- , som løser opp bedre enn jod.

I organiske løsningsmidler som kloroform, karbontetraklorid og karbondisulfid løses jod opp og gir en lilla fargetone. Dessuten løses det opp i nitrogenholdige forbindelser, så som pyridin, kinolin og ammoniakk, for å danne en brunaktig oppløsning.

Forskjellen i fargene ligger i det faktum at jod blir oppløst som solvatiserte I _2- molekyler , eller som ladningsoverføringskomplekser; sistnevnte vises når de arbeider med polare løsningsmidler (vann blant dem), som oppfører seg som Lewis-baser ved å donere elektroner til jod.

lukt

Skarp, irriterende og karakteristisk. Luktgrense: 90 mg / m ³ og irriterende luktgrense: 20 mg / m ³ .

Fordelingskoeffisient for oktanol / vann

Logg P = 2,49

dekomponering

Ved oppvarming til spaltning avgir den en røyk av hydrogenjodid og forskjellige jodidforbindelser.

viskositet

2,27 cP ved 116 ºC

Trippel punkt

386,65 K og 121 kPa

Kritisk punkt

819 K og 11,7 MPa

Fusjonsvarme

15,52 kJ / mol

Fordampingsvarme

41,57 kJ / mol

Molær kalorikapasitet

54,44 J / (mol K)

Damptrykk

Jod har et moderat damptrykk, og når beholderen åpnes sublimerer den sakte til en fiolett damp, irriterende for øynene, nesen og halsen.

Oksidasjonsnummer

Oksidasjonstallene for jod er: - 1 (I ^- ), +1 (I ⁺ ), +3 (I ³⁺ ), +4 (I ⁴⁺ ), +5 (I ⁵⁺ ), +6 ( I ⁶⁺ ) og +7 (I ⁷⁺ ). I alle jodidsalter, slik som KI, har jod et oksidasjonsnummer på -1, siden vi i dem har anjonen I ^- .

Jod får positive oksidasjonstall når det kombineres med elementer som er mer elektroniske enn det; for eksempel i dets oksider (I ₂ O ₅ og I ₄ O ₉ ) eller interhalogenerte forbindelser (IF, I-Cl og I-Br).

elektro

2.66 på Pauling-skalaen

Ioniseringsenergi

Først: 1 008,4 kJ / mol

Andre: 1.845 kJ / mol

Tredje: 3.180 KJ / mol

Termisk ledningsevne

0,449 W / (m K)

Elektrisk resistivitet

1,39 · 10 ⁷ Ω · m ved 0 ºC

Magnetisk orden

diamagnetic

reaktivitet

Jod kombineres med de fleste metaller for å danne jodider, så vel som ikke-metalliske elementer som fosfor og andre halogener. Jodidion er et sterkt reduksjonsmiddel og frigir spontant et elektron. Oksidasjon av jod gir en brunaktig ton av jod.

Jod er, i motsetning til jodid, et svakt oksidasjonsmiddel; svakere enn brom, klor og fluor.

Jod med oksidasjonsnummer +1 kan kombineres med andre halogener med oksidasjonsnummer -1 for å gi halogenene av jod; for eksempel: jodbromid, IBr. På samme måte kombineres det med hydrogen for å gi opphav til hydrogenjodid, som etter oppløsning i vann kalles hydroiodic acid.

Hydroiodic acid er en veldig sterk syre som er i stand til å danne jodider ved reaksjon med metaller eller deres oksider, hydroksider og karbonater. Jod har en oksidasjonstilstand på +5 i jodsyre (HIO ₃ ), som dehydrerer til å produsere jodpentoksyd (I ₂ O ₅ ).

Struktur og elektronisk konfigurasjon

- Jodatom og dets bindinger

Diatomisk jodmolekyl. Kilde: Benjah-bmm27 via Wikipedia.

Jod i sin grunntilstand består av et atom som har syv valenselektroner, bare ett fra å være i stand til å fullføre sin oktett og bli isoelektronisk med edelgassens xenon. Disse syv elektronene er ordnet i deres 5s og 5p orbitals i henhold til deres elektroniske konfigurasjon:

4d ¹⁰ 5s ² 5p ⁵

Derfor viser atomer jeg en sterk tendens til å binde kovalent slik at hver enkelt har åtte elektroner i det ytterste skallet. Dermed kommer to I-atomer sammen og danner binding II, som definerer det diatomiske molekylet I ₂ (øvre bilde); molekylær jodenhet i sine tre fysiske tilstander under normale forhold.

Bildet viser I _2- molekylet representert av en romlig fyllingsmodell. Det er ikke bare et diatomisk molekyl, men også homonukleært og apolært; Derfor er deres intermolekylære interaksjoner (I ₂ - I ₂ ) styrt av London-spredningskreftene, som er direkte proporsjonale med deres molekylmasse og atomenes størrelse.

Denne II-bindingen er imidlertid svakere sammenlignet med de andre halogenene (FF, Cl-Cl og Br-Br). Dette skyldes teoretisk den dårlige overlappingen av deres sp ³ hybrid-orbitaler .

- Krystaller

Molekylmassen til I ₂ gjør at dens spredningskrefter er retningsbestemte og sterke nok til å etablere en ortorombisk krystall ved omgivelsestrykk. Det høye elektroninnholdet får lyset til å fremme uendelige energioverganger, noe som får jodkrystaller til å farge svart.

Når jod sublimerer, viser imidlertid damper en fiolett farge. Dette indikerer allerede en mer spesifikk overgang innenfor I ₂ molekylære orbitaler (de med høyere energi eller anti-binding).

Basissentrert ortorombisk enhetscelle for jodkrystallen. Kilde: Benjah-bmm27.

Ovenfor er I _2- molekylene , representert med et sfæres- og stavemønster, anordnet i den orthorhombiske enhetscellen.

Det kan sees at det er to lag: den nederste med fem molekyler, og den midterste med fire. Legg også merke til at et jodmolekyl sitter ved bunnen av cellen. Glass er bygget ved periodisk å fordele disse lagene i alle tre dimensjoner.

Når man reiser retningen parallelt med II-bindinger, finner man at jod-orbitalene overlapper hverandre for å generere et ledningsbånd, noe som gjør dette elementet til en halvleder; dens evne til å lede elektrisitet forsvinner imidlertid hvis retningen vinkelrett på lagene følges.

Koblingsavstander

Link II ser ut til å ha utvidet; og faktisk er det, siden lengden på bindingen øker fra 266 pm (gassformig tilstand) til 272 pm (fast tilstand).

Dette kan skyldes det faktum at I _2- molekylene er veldig langt fra hverandre i gass , hvor deres intermolekylære krefter er nesten ubetydelige; mens de er i det faste stoffet, blir disse kreftene (II - II) håndgripelige, og tiltrekker jodatomene til to nabomolekyler mot hverandre og følgelig forkorter den intermolekylære avstanden (eller interatomisk, sett på en annen måte).

Når jodkrystallen sublimerer, trekker II-bindingen seg deretter sammen i gassfasen, siden de nærliggende molekylene ikke lenger utøver den samme attraktive (spredende) kraften på omgivelsene. Og logisk nok øker avstanden I ₂ - I ₂ .

- Faser

Det ble nevnt tidligere at II-bindingen er svakere sammenlignet med de andre halogenene. I gassfasen ved en temperatur på 575 ° C, disintegrerer 1% av de ₂ molekylene til individuelle I-atomer. Det er så mye varmeenergi at bare to jeg blir med på at de skiller seg, og så videre.

Tilsvarende kan denne bindingsbrudd oppstå hvis enorme trykk påføres jodkrystallene. Ved å komprimere det for mye (under trykk på flere hundre tusen ganger større enn atmosfæretrykket), I- _to molekyler ordne seg selv som et monoatomisk fase I, og jod blir så sagt å oppvise metalliske kjennetegn.

Imidlertid er det andre krystallinske faser, for eksempel: kroppssentrert orthorhombic (fase II), kroppssentrert tetragonal (fase III) og ansiktssentrert kubikk (fase IV).

Hvor å finne og skaffe

Jod har et vektforhold, i forhold til jordskorpen, på 0,46 ppm, rangert 61st i overflod i den. Jodmineraler er knappe, og kommersielt utnyttbare jodforekomster er jodater.

Jodmineralene finnes i stollede bergarter med en konsentrasjon fra 0,02 mg / kg til 1,2 mg / kg, og i magmatiske bergarter med en konsentrasjon fra 0,02 mg til 1,9 mg / kg. Den kan også finnes i Kimmeridge-skiferen, med en konsentrasjon på 17 mg / kg vekt.

Jodmineraler finnes også i fosfatbergarter med en konsentrasjon fra 0,8 til 130 mg / kg. Sjøvann har en jodkonsentrasjon fra 0,1 til 18 ug / L. Tang, svamper og østers var tidligere de viktigste kildene til jod.

For øyeblikket er imidlertid hovedkildene caliche, natriumnitratforekomster i Atacama-ørkenen (Chile) og saltlaker, hovedsakelig fra det japanske gassfeltet i Minami Kanto, øst for Tokyo, og Anadarko-gassfeltet. Bassenget i Oklahoma (USA).

Caliche

Jod ekstraheres fra caliche i form av jodat og behandles med natriumbisulfitt for å redusere det til jodid. Oppløsningen blir deretter omsatt med nyekstrahert jodat for å lette filtreringen. Caliche var den viktigste kilden til jod på 1800- og begynnelsen av 1900-tallet.

brine

Etter rensing blir saltlaken behandlet med svovelsyre, som produserer jodid.

Denne jodoppløsningen blir deretter omsatt med klor for å produsere en fortynnet jodoppløsning, som fordampes av en luftstrøm som blir ført til et absorberende tårn av svoveldioksyd, hvilket gir den følgende reaksjon:

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

Deretter reagerer hydrogenjodidgassen med klor for å frigjøre jodet i gassform:

2 HI + Cl ₂ => I ₂ + 2 HCl

Og til slutt filtreres jodet, renses og pakkes for bruk.

Biologisk rolle

- Anbefalt kosthold

Jod er et essensielt element, siden det griper inn i en rekke funksjoner i levende vesener, som er spesielt kjent hos mennesker. Den eneste måten for jod å komme inn i mennesket er gjennom maten han spiser.

Det anbefalte joddietet varierer med alderen. Dermed krever et 6 måneder gammelt barn et inntak på 110 ug / dag; Men fra 14-årsalderen er det anbefalte kostholdet 150 ug / dag. I tillegg er det oppgitt at jodinntak ikke skal overstige 1100 ug / dag.

- Skjoldbruskhormoner

Skjoldbrusk-stimulerende hormon (TSH) skilles ut av hypofysen og stimulerer opptaket av jod i skjoldbruskkjertelen. Jod blir ført inn i skjoldbrusk follikler, kjent som kolloider, hvor det binder seg til aminosyren tyrosin for å danne monoiodotyrosin og diiodotyrosine.

I follikulær kolloid kombineres et molekyl monoiodothyronin med et molekyl diiodothyronin for å danne et molekyl som kalles triiodothyronin (T ₃ ). På den annen side kan to molekyler av diiodotyrosin gå sammen og danne tetraiodothyronin (T ₄ ). T ₃ og T ₄ kalles skjoldbruskhormoner.

Hormonene T ₃ og T ₄ utskilles i plasma hvor de binder til plasmaproteiner; inkludert skjoldbruskkjertelhormonetransportørproteinet (TBG). De fleste av skjoldbruskhormonene blir transportert i plasma som T ₄ .

Imidlertid er den aktive formen for skjoldbruskhormoner T ₃ , så T ₄ i de "hvite organene" av skjoldbruskhormoner, gjennomgår deiodinering og blir omdannet til T _{3 for} å utøve sin hormonelle virkning.

Effekter rediger

Effektene av virkningen av skjoldbruskhormoner er flere, og følgende er mulig: økt metabolisme og proteinsyntese; fremme av kroppsvekst og hjerneutvikling; økt blodtrykk og hjerterytme, etc.

- Mangel

Mangel på jod og derfor av skjoldbruskhormonene, kjent som hypotyreose, har mange konsekvenser som påvirkes av personens alder.

Hvis jodmangel oppstår under en persons fostertilstand, er den mest relevante konsekvensen kretinisme. Denne tilstanden er preget av tegn som nedsatt mental funksjon, forsinket fysisk utvikling, strabismus og forsinket kjønnsmodning.

En jodmangel kan indusere en struma, uavhengig av alder hvor mangelen oppstår. En struma er en overutvikling av skjoldbruskkjertelen, forårsaket av overdreven stimulering av kjertelen av hormonet TSH, frigjort fra hypofysen som et resultat av jodmangel.

Den overdrevne størrelsen på skjoldbruskkjertelen (struma) kan komprimere luftrøret, og begrense passasjen av luft gjennom den. I tillegg kan det føre til skade på nervene i strupehodet som kan føre til heshet.

risiko

Forgiftning fra et for høyt inntak av jod kan forårsake forbrenninger i munn, svelg og feber. Også magesmerter, kvalme, oppkast, diaré, svak puls og koma.

Et overskudd av jod gir noen av symptomene som er observert i en mangel: det er en hemming av syntesen av skjoldbruskhormoner, og øker dermed frigjøringen av TSH, noe som resulterer i en hypertrofi av skjoldbruskkjertelen; det vil si en struma.

Studier har vist at overdreven jodinntak kan forårsake skjoldbruskbetennelse og papillær kreft i skjoldbruskkjertelen. I tillegg kan et for høyt inntak av jod samhandle med medisiner, og begrense deres virkning.

Å ta for mye jod i forbindelse med antithyreoidemedisiner, for eksempel metimazol, brukt til å behandle hypertyreose, kan ha en additiv effekt og forårsake hypotyreose.

Angiotensin-converting enzym (ACE) -hemmere, som benazepril, brukes til å behandle hypertensjon. Å ta en for stor mengde kaliumjodid øker risikoen for hyperkalemi og hypertensjon.

applikasjoner

leger

Jod fungerer som et desinfeksjonsmiddel for hud eller sår. Den har nesten øyeblikkelig antimikrobiell virkning, trenger inn i det indre av mikroorganismer og interagerer med svovelaminosyrer, nukleotider og fettsyrer, noe som forårsaker celledød.

Den utøver sin antivirale virkning hovedsakelig på dekket virus, og antyder at den angriper proteinene på overflaten av de dekkede virusene.

Kaliumjodid i form av en konsentrert løsning brukes til behandling av tyrotoksikose. Den brukes også til å kontrollere effekten av ¹³¹ I- stråling ved å blokkere bindingen av den radioaktive isotopen til skjoldbruskkjertelen.

Jod brukes i behandlingen av dendritisk keratitt. For å gjøre dette, blir hornhinnen utsatt for vanndamp mettet med jod, og mister hornhinnen midlertidig; men det er fullstendig gjenoppretting fra det om to eller tre dager.

Jod har også gunstige effekter i behandlingen av cystisk fibrose i det menneskelige bryst. På samme måte har det blitt antydet at ¹³¹ jeg kunne være en valgfri behandling for kreft i skjoldbruskkjertelen.

Reaksjoner og katalytisk virkning

Jod brukes til å oppdage nærvær av stivelse, noe som gir en blå fargetone. Reaksjonen av jod med stivelse brukes også til å oppdage tilstedeværelsen av forfalskede sedler trykt på papir som inneholder stivelse.

Kalium (II) tetraiodomercurat, også kjent som Nesslers reagens, brukes til påvisning av ammoniakk. En alkalisk jodoppløsning blir også brukt i jodformtesten for å vise tilstedeværelsen av metylketoner.

Uorganiske jodider brukes til rensing av metaller, så som titan, zirkonium, hafnium og thorium. I et trinn i prosessen må tetraiodidene til disse metaller dannes.

Jod fungerer som en stabilisator for kolofonium, olje og andre treprodukter.

Jod brukes som katalysator i organiske syntesereaksjoner av metylering, isomerisering og dehydrogenering. I mellomtiden brukes hydroiodic acid som katalysator for produksjon av eddiksyre i Monsanto og Cativa prosessene.

Jod fungerer som katalysator ved kondensering og alkylering av aromatiske aminer, så vel som i sulfasjons- og sulfasjonsprosesser, og for produksjon av syntetiske gummier.

Fotografi og optikk

Sølviodid er en viktig komponent i tradisjonell fotografisk film. Jod brukes til fremstilling av elektroniske instrumenter som enkelkrystallprismer, polariserende optiske instrumenter og glass som er i stand til å overføre infrarøde stråler.

Andre bruksområder

Jod brukes til fremstilling av plantevernmidler, anilinfargestoffer og ftalin. I tillegg brukes den i syntesen av fargestoffer, og er et røykslukningsmiddel. Og til slutt fungerer sølviodiden som en kondensasjonskjernen for vanndampen i skyene, for å forårsake regn.

referanser

1. Shiver & Atkins. (2008). Uorganisk kjemi. (Fjerde utgave). Mc Graw Hill.
2. Stuart Ira Fox. (2003). Human fysiologi. Første utgave. Redigere. McGraw-Hill Interamericana
3. Wikipedia. (2019). Jod. Gjenopprettet fra: en.wikipedia.org
4. Takemura Kenichi, Sato Kyoko, Fujihisa Hiroshi & Onoda Mitsuko. (2003). Modulert struktur av fast jod under molekylær dissosiasjon under høyt trykk. Naturvolum 423, side971–974. doi.org/10.1038/nature01724
5. Chen L. et al. (1994). Strukturelle faseoverganger av jod ved høyt trykk. Institute of Physics, Academia Sinica, Beijing. doi.org/10.1088/0256-307X/11/2/010
6. Stefan Schneider & Karl Christe. (26. august 2019). Jod. Encyclopædia Britannica. Gjenopprettet fra: britannica.com
7. Dr. Doug Stewart. (2019). Fakta om jodelement. Chemicool. Gjenopprettet fra: chemicool.com
8. Nasjonalt senter for informasjon om bioteknologi. (2019). Jod. PubChem-databasen. CID = 807. Gjenopprettet fra: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
9. Rohner, F., Zimmermann, M., Jooste, P., Pandav, C., Caldwell, K., Raghavan, R., & Raiten, DJ (2014). Biomarkører av ernæring for utvikling - jodgjennomgang. Journal of nutrition, 144 (8), 1322S-1342S. doi: 10.3945 / jn.113.181974
10. Advameg. (2019). Jod. Kjemi forklart. Gjenopprettet fra: chemistryexplained.com
11. Traci Pedersen. (19. april 2017). Fakta om jod. Gjenopprettet fra: livescience.com
12. Megan Ware, RDN, LD. (30. mai 2017). Alt du trenger å vite om jod. Gjenopprettet fra: medicalnewstoday.com
13. National Institute of Health. (9. juli 2019). Jod. Gjenopprettet fra: ods.od.nih.gov