ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Йод - пятьдесят третий элемент Периодической таблицы. Обозначение - I от латинского «iodum». Расположен в пятом периоде, VIIA группе. Относится к неметаллам. Заряд ядра равен 53.
Йод относится к редким (рассеянным) элементам, однако в природе его все-таки можно встретить в свободном состоянии в виде минерала (термальные источники вулкана Везувия). Значительное количество йода содержится в морской воде в виде солей йодидов или в земной коре в составе нефтяных буровых вод.
В виде простого вещества йод представляет собой кристаллы черно-серого (темно-фиолетового) цвета (рис. 1) с металлическим блеском и резким запахом. Пары йода, также, как и его растворы в органических растворителях, окрашены в фиолетовый цвет.
Рис. 1. Йод. Внешний вид.
Атомная и молекулярная масса йода
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Относительной атомной массой элемента называют отношение массы атома данного элемента к 1/12 массы атома углерода.
Относительная атомная масса безразмерна и обозначается A r (индекс «r» — начальная буква английского слова relative, что в переводе означает «относительный»). Относительная атомная масса атомарного йода равна 126,9044 а.е.м.
Массы молекул, также как массы атомов выражаются в атомных единицах массы.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Относительной молекулярной массой вещества называют отношение массы молекулы данного вещества к 1/12 массы атома углерода, масса которого равна 12 а.е.м.
Молекулярной массой вещества называется масса молекулы, выраженная в атомных единицах массы. Известно, что молекула йода двухатомна - I 2 . Относительная молекулярная масса молекулы йода будет равна:
M r (I 2) = 126,9044 × 2 ≈ 254.
Изотопы йода
Известно, что в природе йод может находиться в виде единственного стабильного изотопа 127 I. Массовое число равно 127, ядро атома изотопа содержит пятьдесят три протона и семьдесят четыре нейтрона.
Существуют искусственные нестабильные изотопы йода с массовыми числами от 108-ми до 144-х, а также семнадцать изомерных состояния ядер, среди которых наиболее долгоживущим является изотоп 129 I с периодом полураспада равным 1,57×10 7 лет.
Ионы йода
На внешнем энергетическом уровне атома йода имеется семь электронов, которые являются валентными:
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 5s 2 5р 5 .
В результате химического взаимодействия йод отдает свои валентные электроны, т.е. является их донором, и превращается в положительно заряженный ион либо принимает электроны от другого атома, т.е. является их акцептором и превращается в отрицательно заряженный ион:
I 0 -1e → I + ;
I 0 -3e → I 3+ ;
I 0 -5e → I 5+ ;
I 0 -7e → I 7+ ;
I 0 +1e → I — .
Молекула и атом йода
В свободном состоянии йод существует в виде двухатомных молекул I 2 . Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу йода:
Примеры решения задач
ПРИМЕР 1
ПРИМЕР 2
| Задание | При взаимодействии хлора с иодидом калия был получен йод массой 50,8 г. Определите объем хлора, измеренный при нормальных условиях, который потребовался для этого. |
| Решение | Запишем уравнение реакции взаимодействия хлора с иодидом калия:
С детства хорошо знакомый всем детям и их родителям помощник при царапинах, ссадинах и порезах. Он является быстрым и эффективным средством, прижигающим и дезинфицирующим раневую поверхность. Однако сфера применения вещества не ограничивается только медициной, т. к. химические свойства йода очень разнообразны. Цель нашей статьи - ознакомиться с ними подробнее. Физическая характеристикаПростое вещество имеет вид темно-фиолетовых кристаллов. При нагревании, вследствие особенностей внутреннего строения кристаллической решетки, а именно наличия в ее узлах молекул, соединение не расплавляется, а сразу образует пары. Это возгонка или сублимация. Она объясняется слабой связью между молекулами внутри кристалла, которые легко отрываются друг от друга - образуется газообразная фаза вещества. Номер йода в таблице Менделеева - 53. А его положение среди других химических элементов указывает на принадлежность к неметаллам. Остановимся на этом вопросе далее. Место элемента в периодической системеЙод находится в пятом периоде, VII группе и, наряду со фтором, хлором, бромом и астатом образует подгруппу галогенов. В связи с увеличением заряда ядра и атомного радиуса у представителей галогенов происходит ослабление неметаллических свойств, поэтому йод менее активен, чем хлор или бром, и его электроотрицательность также ниже. Атомная масса йода 126,9045. Простое вещество представлено двухатомными молекулами, как и у других галогенов. Ниже мы ознакомимся со строением атома элемента. Особенности электронной формулыПять энергетических уровней и почти полностью заполненный электронами последний из них подтверждают наличие у элемента ярко выраженных признаков неметаллов. Как и другие галогены, йод является сильным окислителем, забирая у металлов и более слабых неметаллических элементов - серы, углерода, азота - недостающий до завершения пятого уровня электрон. Йод - неметалл, в молекулах которого присутствует общая пара p-электронов, связывающая атомы между собой. Их плотность в месте перекрывания наибольшая, общее электронное облако не смещается ни к одному из атомов и располагается в центре молекулы. Формируется неполярная ковалентная связь, а сама молекула имеет линейную форму. В ряду галогенов, от фтора до астата, прочность ковалентной связи уменьшается. Наблюдается уменьшение величины энтальпии, от которой зависит распад молекул элемента на атомы. Какие же последствия для химических свойств йода это имеет?
Почему активность йода меньше, чем у других галогеновРеакционная способность неметаллов определяется силой притягивания к ядру собственного атома чужих электронов. Чем меньше радиус атома, тем силы электростатического притяжения его отрицательно заряженных частиц других атомов выше. Чем выше номер периода, в котором расположен элемент, тем больше энергетических уровней он будет иметь. Йод находится в пятом периоде, и количество энергетических слоев у него больше, чем у брома, хлора и фтора. Именно поэтому молекула йода содержит атомы, имеющие радиус намного больше, чем у ранее перечисленных галогенов. Вот почему частицы I 2 слабее притягивают электроны, что приводит к ослаблению их неметаллических свойств. Внутреннее строение вещества неизбежно влияет и на его физические характеристики. Приведем конкретные примеры.
Сублимация и растворимостьУменьшение взаимного притягивания атомов йода в его молекуле приводит, как мы говорили ранее, к ослаблению прочности ковалентной неполярной связи. Происходит снижение устойчивости соединения к высокой температуре и повышение показателя термической диссоциации его молекул. Отличительная черта галогена: переход вещества при нагревании из твердого состояния сразу в газообразное, т. е. сублимация - это главная физическая характеристика йода. Его растворимость в органических растворителях, например сероуглероде, бензоле, этаноле, выше, чем в воде. Так, в 100 г воды при 20 °С может раствориться всего 0,02 г вещества. Эту особенность в лаборатории применяют для извлечения йода из водного раствора. Взболтав его с небольшим количеством H 2 S, можно наблюдать фиолетовое окрашивание сероводорода вследствие перехода в него молекул галогена. Химические свойства йодаВзаимодействуя с металлами, элемент ведет себя всегда одинаково. Он притягивает валентные электроны атома металла, которые располагаются либо на последнем энергетическом слое (s-элементы, такие как натрий, кальций, литий и т. д.), либо на предпоследнем слое, содержащем, например, d-электроны. К ним относятся железо, марганец, медь и другие. В этих реакциях металл будет восстановителем, а йод, химическая формула которого I 2 , - окислителем. Поэтому именно эта высокая активность простого вещества является причиной его взаимодействия со многими металлами. Заслуживает внимания взаимодействие йода с водой при нагревании. В щелочной среде реакция проходит с образованием смеси йодидной и иодноватой кислот. Последнее вещество проявляет свойства сильной кислоты и при дегидратации превращается в пятиокись йода. Если же раствор подкислить, то вышеназванные продукты реакции взаимодействуют между собой с образованием исходных веществ - свободных молекул I 2 и воды. Данная реакция относится к окислительно-восстановительному типу, в ней проявляются химические свойства йода как сильного окислителя.
Качественная реакция на крахмалКак в неорганической, так и в органической химии существует группа реакций, с помощью которых можно выявить в продуктах взаимодействия определенные виды простых или сложных ионов. Для обнаружения макромолекул сложного углевода - крахмала - часто применяют 5%-й спиртовой раствор I 2 . Например, на срез сырой картофелины капают несколько его капель, и окраска раствора становится синей. Такой же эффект мы наблюдаем при попадании вещества на любой крахмалосодержащий продукт. Эта реакция, в результате которой получается синий йод, широко применяется в органической химии для подтверждения присутствия полимера в исследуемой смеси. О полезных свойствах продукта взаимодействия йода и крахмала известно давно. Его применяли в условиях отсутствия противомикробных медикаментозных препаратов для лечения диареи, язвы желудка в состоянии ремиссии, заболеваний дыхательной системы. Широкое распространение крахмальный клейстер, содержащий примерно 1 чайную ложку спиртового раствора йода на 200 мл воды, получил из-за дешевизны ингредиентов и простоты приготовления. Однако нужно помнить, что синий йод противопоказан в терапии маленьких детей, людей, страдающих повышенной чувствительностью к йодосодержащим препаратам, а также больным базедовой болезнью. Как неметаллы реагируют между собойСреди элементов главной подгруппы VII группы с йодом вступает в реакцию фтор - самый активный неметалл, обладающий наивысшей степенью окисления. Процесс проходит на холоде и сопровождается взрывом. С водородом I 2 взаимодействует при сильном нагревании, причем не до конца, продукт реакции - HI - начинает разлагаться на исходные вещества. Йодоводородная кислота достаточно сильная и хоть по своим характеристикам похожа на хлоридную кислоту, все же проявляет более выраженные признаки восстановителя. Как видно, химические свойства йода обусловлены его принадлежностью к активным неметаллам, однако элемент уступает по окислительной способности брому, хлору и, конечно же, фтору.
Роль элемента в живых организмахНаибольшее содержание ионов I - находится в тканях щитовидной железы, где они входят в состав тиреотропных гормонов: тироксина и трийодтиронина. Они регулируют рост и развитие костной ткани, проведение нервных импульсов, скорость обмена веществ. Особенно опасен недостаток йодсодержащих гормонов в детском возрасте, так как возможна задержка психического развития и появление симптомов такого заболевания, как кретинизм. Недостаточная секреция тироксина у взрослых связана с в воде и продуктах питания. Она сопровождается выпадением волос, образованием отеков, снижением физической активности. Избыток элемента в организме также крайне опасен, так как развивается базедова болезнь, симптомы которой - возбудимость нервной системы, тремор конечностей, резкое исхудание.
Распространение йодидов в природе и способы получения чистого веществаОсновная масса элемента присутствует в живых организмах и оболочках Земли - гидросфере и литосфере - в связанном состоянии. Соли элемента есть в морской воде, но их концентрация незначительна, поэтому извлекать чистый йод из нее нерентабельно. Гораздо эффективнее получение вещества из золы бурых саргассума. В промышленных масштабах I 2 выделяют из подземных вод в процессах добычи нефти. При переработке некоторых руд, например в ней встречаются иодаты и гипоиодаты калия, из которых в дальнейшем добывают чистый йод. Достаточно рентабельно получать I 2 из раствора йодоводорода, окисляя его хлором. Полученное соединение является важным сырьем для фармацевтической промышленности. Кроме уже названного 5% спиртового раствора йода, содержащего не только простое вещество, но и соль - иодид калия, а также спирт и воду, в эндокринологии по медицинским показаниям применяют такие препараты, как "Йод-актив" и "Йодомарин".
В районах с низким содержанием природных соединений, кроме йодированной пищевой соли, можно использовать такое лечебное средство, как "Антиструмин". Он содержит действующее вещество - йодид калия - и рекомендуется в качестве профилактического препарата, применяемого для предотвращения симптомов эндемического зоба. Микроэлементом, влияющим на функцию щитовидной железы и тканевый метаболизм в организме, является Йод. От чего помогает это обеззараживающее лекарсвенное средство? Медикамент оказывает выраженное антимикробное, противогрибковое, отвлекающее и местное раздражающее действие. Йод инструкция по применению рекомендует использовать в качестве антисептика. В организме человека он не производится, поэтому необходимое для функционирования тканей и органов количество элемента должно поступать в него извне. Форма выпуска и составПроизводится раствор Йода спиртовой 5%, 3%, 2% и 1%, который содержится во флаконах из стекла темного цвета, карандаше, капельнице. В состав одного миллилитра 5%-ного спиртового раствора входят 50 мг йода, а также вспомогательные компоненты: 96%-ный этанол, калия йодид и очищенная вода. Фармакологические свойстваПри наружном применении йод, от чего помогает противостоять инфекции, оказывает выраженное антимикробное, противогрибковое, местно-раздражающее и прижигающее действие. При назначении внутрь он, накапливаясь в щитовидной железе, влияет на ее функциональность, усиливает процессы диссимиляции, участвует в синтезе гормона тироксина, активизирует тканевый метаболизм, а также благоприятно воздействует на белковый и липидный обмен. Внутреннее применение радиоактивного йода стимулирует работу щитовидной железы, что обусловлено способностью этого элемента проникать в клетки щитовидной железы и накапливаться там. Применение данного средства проходит без каких-либо осложнений, а положительный терапевтический эффект после лечения йодом достигается в 98% случаев. Среди препаратов йода наиболее распространена биологическая добавка Йод актив, помогающая решить проблему дефицита йода в организме. Она представляет собой органическое соединение, встроенное в молекулу молочного белка. Йод актив является аналогом природного соединения йода, которое человек получает с молоком матери. Лекарство Йод: от чего помогаетСпиртовой раствор применяется в качестве антисептика и раздражающего средства при инфекционно-воспалительных заболеваниях кожного покрова и слизистых оболочек, для профилактики инфицирования незначительных повреждений кожи, для уменьшения воспалительных процессов при невралгиях и миозитах (оказывает отвлекающее действие), для обработки краев ран, пальцев хирурга и операционного поля. Также средство может использоваться при следующих показаниях:
ПротивопоказанияВрачи отмечают, что лечение йодом нельзя практиковать при индивидуальной непереносимости этого элемента. Противопоказаниями к такой терапии являются также беременность и возраст до 5 лет. Внутрь препараты йода нельзя принимать больным с:
Препарат Йод: инструкция по применениюИнструкция на раствор Йода спиртовойПри наружном применении раствором смачивают ватный тампон, который используют для обработки поврежденной кожи. Внутрь Йод принимают после еды, предварительно растворив в молоке. Доза подбирается индивидуально в зависимости от показаний. Для лечения атеросклероза взрослым назначают прием 10-12 капель раствора 3 р./сут. В профилактических целях препарат принимают 2-3 р./год курсами по 30 дней в дозе, варьирующейся в пределах от 1 до 10 капель. При третичном сифилисе принимают по 5-50 капель 2-3 р./сут. Верхний допустимый предел разовой дозы — 20, суточной — 60 капель. Детям принимать раствор внутрь можно с пятилетнего возраста. Разовая доза — 3-5, суточная — 6-15 капель. Сетка из йода — это эффективное средство от синяков, ушибов, ОРВИ, ангины, гриппа, бронхиальной астмы, обструктивного бронхита, трахеитов, ларингитов. Ее нанесение целесообразно также при миалгии, повреждении связок, артритах и артрозах, пояснично-крестцовом радикулите, остеохондрозе позвоночника. Проникая через кожу в глубокие ткани и кровь, раствор с препаратом оказывает местно-раздражающее действие, активизирует кровообращение, снимает воспаление и отечность тканей. При нанесении раствора на кожу не вызывает системных эффектов, что делает безопасным его применение у пациентов старше годовалого возраста (при отсутствии аллергии). Для лечения офтальмологических заболеваний применяются глазные капли Калия йодид — 2%-ный раствор в флаконах-капельницах. Показаниями к назначению являются: грибковые кератиты и конъюнктивиты (вспомогательное средство), атеросклеротические и миопические изменения сосудистой оболочки глазного яблока и сосудов сетчатки, связанная с сифилисом атрофия зрительного нерва, кровоизлияния в хрусталик, помутнение хрусталика. При инфекционно-воспалительных (острых или хронических) заболеваниях влагалища, а также для профилактики инфекционно-воспалительных осложнений после гинекологических операций применяется препарат Йодоксид — вагинальные свечи с повидон-йодом. Побочное действиеЙод активНаружное использование раствора йода может вызвать раздражение кожи. Его длительное применение в некоторых случаях приводит к йодизму, который проявляется слезотечением, отеком Квинке, крапивницей, слюнотечением и угревой сыпью. При приеме внутрь могут развиться кожные аллергические реакции, нарушения сна, диарея, повышенная потливость, тахикардия и нервозность. Лечение радиоактивным йодом редко приводит к появлению каких-либо побочных реакций организма. В некоторых случаях больные жалуются на незначительный дискомфорт в области шеи, который вскоре самостоятельно проходит. Препарат Йод актив, от чего может потребоваться замена аналогами, способен вызвать у пациентов такие нежелательные явления, как тахикардия, диарея, нарушения сна, нервозность, повышенная потливость и аллергические реакции на коже. Цена и аналогиЗаменить Йод позволяют препараты: Раствор зеленого бриллиантового, Люголь, Фукорцин. Купить лекарство можно за 20 рублей, цена Йода в карандаше начинается от 35 руб. Купить йод кристаллический можно от 550 руб. за 100 г. Йод широко используется в медицине, хотя в чистом виде он практически не применяется. Йод - уникальное лекарственное вещество. Он определяет высокую биологическую активность и разностороннее действие лекарственных препаратов, и используют его в основном для изготовления различных лекарственных форм. Различают четыре группы препаратов йода: органические вещества, отщепляющие элементарный йод (йодоформ, йодинол и др.); Препараты, содержащие йод, обладают различными свойствами. Элементарный йод оказывает противомикробное и противогрибковое (фунгицидное) действие, его растворы широко применяют для обработки ран, подготовки операционного поля и т. п. Они обладают противовоспалительными и отвлекающими свойствами При приеме внутрь препараты йода оказывают влияние на обмен веществ, усиливают функцию щитовидной железы. Малые дозы йода тормозят функцию щитовидной железы, угнетая образование ширеотропного гормона передней доли гипофиза. Данное свойство используют при лечении больных с заболеваниями щитовидной железы. Установлено также, что йод влияет на обмен жиров и белков. При применении йодных препаратов наблюдается снижение уровня холестерина в крови и уменьшение ее свертываемости. Препараты йода применяют наружно и внутрь: наружно используют как обеззараживающие, раздражающие и отвлекающие средства при воспалительных и других заболеваниях кожи и слизистых оболочек, внутрь - при атеросклерозе, хронических воспалительных процессах в дыхательных путях, для профилактики и лечения эндемического зоба, при хроническом отравлении ртутью и свинцом. В экспериментах высокие дозы йода использовались для лечения полиомиелита, вирусных заболеваний и некоторых болезней центральной нервной системы. Йодом интересуются не только медики. Он нашел свое применение во многих отраслях человеческой деятельности. В аналитической химии и органическом синтезе йод и его соединения используются в лабораторной практике для анализа и в хемотронных приборах, действие которых основано на окислительно-восстановительных реакциях йода. Как катализатор (ускоритель реакций) йод используется в производстве всех видов искусственных каучуков. Подобно другим галогенам йод образует многочисленные йодоорганические соединения, которые входят в состав некоторых синтетических красителей. В фотографии и кинопромышленности соединения йода используют для приготовления специальных фотоэмульсий и фотопластинок. Потому что такая соль помогает восстановить баланс при дефиците йода в организме человека, является профилактикой йододефицитных заболеваний у детей, беременных и кормящих женщин, подростков. Соль с йодом способствует предотвращению поглощения щитовидной железой радиоактивных компонентов йода и является защитой от радиации, воспалительных процессов и заболеваний. Читайте также:
|
