碘：历史，性质，结构，获取，风险，用途 - 化学

的碘是反应性的非 - 金属元素属于周期表中的17组（卤素）和由化学符号I表示它实质上是从碘水相当普遍称为直到激素酪氨酸的元件。

固态时，碘为深灰色，带有金属光泽（下图），能够升华产生紫罗兰色的蒸气，当冷凝在冷的表面上时，会留下深色的残留物。证明这些特征的实验是众多且有吸引力的。

坚固的碘晶体。资料来源：BunGee

该元素在1811年由Bernard Curtois首次分离，同时获得了用作硝酸盐生产原料的化合物。但是，库尔托瓦并未将碘确定为一种元素，约瑟夫·盖·卢萨克和汉弗莱·戴维都有共同的优点。盖伊·卢萨克（Gay-Lussac）将元素标识为“碘”，该术语来自希腊语“ ioides”，并用紫罗兰色表示。

元素碘与其他卤素一样，是一个双原子分子，由两个通过共价键连接的碘原子组成。碘分子之间的范德华相互作用是卤素中最强的。这解释了为什么碘是具有最高熔点和沸点的卤素。此外，它是卤素中反应性最低的，而电负性最低。

碘是人体必需的必需元素，它是人体必需的。大脑和精神发育；一般的新陈代谢等，建议每天摄入110微克/天。

人胎儿状态中的碘缺乏与克汀病的出现有关，克汀病的特征是机体生长减慢。以及智力和智力发育不足，斜视等。

同时，个体任何年龄的碘缺乏与甲状腺肿大的甲状腺肿的出现有关。甲状腺肿是一种地方病，因为它局限于具有自己营养特征的某些地理区域。

历史

发现

法国化学家伯纳德·库托瓦（Bernard Curtois）于1811年与父亲一起生产硝酸盐时发现了碘，为此需要碳酸钠。

该化合物是从海藻中分离出来的，它们是在诺曼底和布列塔尼海岸采集的。为此，将藻类燃烧并用水洗涤灰烬，通过添加硫酸破坏所产生的残余物。

一次，也许是由于一个偶然的错误，库尔图伊斯加入了过量的硫酸，形成了紫色蒸气，该紫色蒸气在冷的表面上结晶，沉淀为深色晶体。Curtois怀疑他存在一个新元素，并将其称为“物质X”。

Curtois发现，这种物质与氨混合时会形成褐色固体（三碘化氮），该固体在接触最少时会爆炸。

然而，库尔图瓦斯在继续他的研究方面受到限制，因此决定将其物质样品提供给查尔斯·德索姆斯，尼古拉斯·克莱门特，约瑟夫·盖·吕萨克和安德烈·玛丽·安培尔，以获得他们的合作。

名字的出现

1813年11月，Desormes和Clément公开了Curtois的发现。同年12月，盖伊·卢萨克（Gay-Lussac）指出这种新物质可能是一种新元素，从希腊语“碘化物”（IOides）的紫罗兰色暗示了“碘化物”的名称。

汉弗莱·戴维爵士（Sir Humphry Davy）收到了Curtois提供给安培（Ampère）的一部分样品，他对该样品进行了实验，并注意到它与氯相似。1813年12月，伦敦皇家学会参与了新元素的识别。

尽管盖伊·卢萨克（Jay-Lussac）和戴维（Davy）之间就碘的鉴定展开了讨论，但他们俩都承认库尔图斯是第一个将碘分离出来的人。1839年，Curtois最终从皇家科学院获得了Montyn奖，以表彰碘的分离。

历史用途

1839年，路易斯·达盖尔（Louis Daguerre）首次将碘商业化，发明了一种在薄金属板上产生称为daguerreotype的照相图像的方法。

1905年，北美病理学家David Marine调查了某些疾病中的碘缺乏症，并建议摄入碘缺乏症。

物理和化学特性

出现

碘晶体的升华。资料来源：Ershova Elizaveta

稳定的深灰色，带金属光泽。升华后，其蒸气为紫色（上图）。

标准原子量

126.904美元

原子序数（Z）

熔点

113.7摄氏度

沸点

184.3℃

密度

环境温度：4.933 g / cm ³

溶解度

它溶于水，在20ºC时产生浓度为0.03％的棕色溶液。

如果存在先前溶解的碘离子这种溶解性显着增加，因为我之间的平衡^-和我_2成立，以形成阴离子物质我₃ ^- ，其溶剂化物比碘更好。

在有机溶剂（如氯仿，四氯化碳和二硫化碳）中，碘溶解，产生紫色。而且，它溶解于含氮化合物，例如吡啶，喹啉和氨中，再次形成褐色溶液。

显色的差异在于碘以溶剂化的I ₂分子或电荷转移络合物的形式溶解。后者在处理极性溶剂（其中的水）时会出现，它们通过将电子提供给碘而表现出类似于路易斯碱的性质。

气味

刺激性，刺激性和特征性。气味阈值：90 mg / m ³，刺激性气味阈值：20 mg / m ³。

辛醇/水分配系数

对数P = 2.49

分解

当加热分解时，会散发出碘化氢和各种碘化物的烟雾。

黏度

116ºC时为2.27 cP

三重点

386.65 K和121 kPa

临界点

819 K和11.7 MPa

熔化热

15.52 kJ /摩尔

汽化热

41.57 kJ /摩尔

摩尔热容量

54.44 J /（摩尔K）

蒸汽压力

碘具有适度的蒸气压，打开容器时，碘会慢慢升华成紫罗兰色的蒸气，刺激眼睛，鼻子和喉咙。

氧化数

碘的氧化数是：- 1（I ^- ），1（I ⁺），3（I ³⁺），4（I ⁴⁺），5（I ⁵⁺），6（ I ⁶⁺）和+7（I ⁷⁺）。在所有的碘盐，如碘化钾，碘具有-1氧化值，因为他们，我们有阴离子我^- 。

当碘与比它更具负电性的元素结合时，碘会获得正氧化数。例如，其氧化物（I ₂ O ₅和I ₄ O ₉）或卤代化合物（IF，I-Cl和I-Br）。

电负性

鲍林规模为2.66

电离能

第一：1,008.4 kJ / mol

第二：1,845 kJ / mol

第三：3,180 KJ /摩尔

导热系数

0.449 W /（米·K）

电阻率

1.39·10 ⁷ Ω·m，在0ºC

磁性顺序

抗磁

反应性

碘与大多数金属结合形成碘化物，以及诸如磷和其他卤素的非金属元素。碘离子是一种强还原剂，可自发释放电子。碘化物的氧化产生褐色的碘。

与碘相反，碘是一种弱氧化剂。比溴，氯和氟弱。

氧化数为+1的碘可与氧化数为-1的其他卤素结合，生成碘的卤化物；例如：溴化碘，IBr。同样，它与氢结合生成碘化氢，溶于水后称为氢碘酸。

氢碘酸是一种非常强的酸，能够通过与金属或其氧化物，氢氧化物和碳酸盐反应形成碘化物。碘在碘酸（HIO ₃）中具有+5氧化态，会脱水产生五氧化碘（I ₂ O ₅）。

结构和电子配置

-碘原子及其键

双原子碘分子。资料来源：通过维基百科的Benjah-bmm27。

处于基态的碘由一个具有七个价电子的原子组成，只有一个能完成八位位并与稀有气体氙成为等电子。这七个电子根据其电子结构排列在5s和5p轨道中：

4d ¹⁰ 5s ² 5p ⁵

因此，I原子显示出很强的共价键合趋势，因此每个原子在其最外层的外壳中分别具有八个电子。因此，两个I原子聚在一起并形成键II，该键定义了双原子分子I ₂（上图）；正常条件下处于三种物理状态的碘分子单元。

该图显示了由空间填充模型表示的I ₂分子。它不仅是双原子分子，而且是同核和非极性的。因此，它们的分子间相互作用（I ₂ -I ₂）受伦敦分散力的控制，伦敦分散力与其分子质量和原子大小成正比。

但是，与其他卤素（FF，Cl-Cl和Br-Br）相比，该II键较弱。从理论上讲，这是由于它们的sp ³杂化轨道重叠性差。

-水晶

I ₂的分子量使它的分散力具有方向性，并且强度足以在环境压力下建立正交晶。它的高电子含量会导致光促进无限的能量跃迁，从而使碘晶体染成黑色。

然而，当碘升华时，其蒸气显示出紫色。这已经预示着I ₂分子轨道（具有较高能量或反键的分子轨道）内将发生更特定的转变。

碘晶体的以碱基为中心的斜方晶胞。资料来源：Benjah-bmm27。

上面显示的是正交球状晶胞内排列的I ₂分子，以球形和棒状表示。

可以看出有两层：最下面一层有五个分子，中间一层有四个分子。还要注意，碘分子位于细胞的底部。通过定期在所有三个维度上分布这些层来构建玻璃。

在平行于II键的方向行进时，发现碘轨道重叠以生成导带，从而使该元素成为半导体；但是，如果遵循垂直于层的方向，其导电能力就会消失。

链接距离

链接II似乎有所扩展；实际上，由于其键的长度从266 pm（气态）增加到272 pm（固态）。

这可能是由于以下事实：I ₂分子在气体中相距很远，其分子间作用力几乎可以忽略不计。而在固体中，这些力（II-II）变得有形，将两个相邻分子的碘原子彼此吸引，从而缩短了分子间距离（或原子间距离）。

然后，当碘晶体升华时，II键在气相中收缩，因为相邻的分子不再对周围的环境施加相同的吸引力（分散）力。而且，从逻辑上讲，距离I ₂ -I _2也增加。

-阶段

前面提到过，II键比其他卤素弱。在575°C的气相中，1％的I ₂分子分解为单个I原子。热能是如此之多，以至于只有两个我重新加入，它们分开，依此类推。

类似地，如果对碘晶体施加巨大压力，则会发生键断裂。通过将其压缩得太多（在比大气压高数十万倍的压力下），I ₂分子将自身重新排列为单原子相I，然后据说碘表现出金属特性。

但是，还有其他结晶相，例如：以体心为中心的斜方晶相（II相），以体心为中心的四方晶相（III相）和以面心为中心的立方相（IV相）。

在哪里找到和获得

碘相对于地壳的重量比为0.46 ppm，在其中的丰度排名第61。碘化物矿物质稀少，可商业开采的碘矿床为碘酸盐。

碘矿物质存在于火成岩中，浓度为0.02 mg / kg至1.2 mg / kg，岩浆岩中的浓度为0.02 mg至1.9 mg / kg。它也可以在Kimmeridge页岩中找到，浓度为17 mg / kg重量。

另外，在磷酸盐岩中发现的碘矿物质的浓度范围为0.8至130 mg / kg。海水中的碘浓度范围为0.1至18 µg / L。海藻，海绵和牡蛎以前是碘的主要来源。

但是，目前的主要来源是钙盐，阿塔卡马沙漠（智利）中的硝酸钠沉积物和卤水，主要来自东京东部的南关东的日本气田和阿纳达科气田。美国俄克拉荷马州盆地。

卡利奇

碘从碘化钾中提取，并用亚硫酸氢钠处理以将其还原为碘。然后使溶液与新鲜提取的碘酸盐反应以促进其过滤。Caliche是19世纪和20世纪初的碘的主要来源。

盐水

纯化后，盐水用硫酸处理，生成碘化物。

该碘化物溶液随后与氯反应生成碘的稀溶液，然后通过空气流将其蒸发，该空气流被转移到二氧化硫吸收塔，从而产生以下反应：

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

随后，碘化氢气体与氯反应，以气态形式释放出碘：

2 HI + Cl ₂ => I ₂ + 2 HCl

最后，将碘过滤，纯化并包装以供使用。

生物作用

-推荐饮食

碘是必不可少的元素，因为它会介入生物的多种功能，这在人类中尤为常见。碘进入人的唯一途径是通过他吃的食物。

推荐的碘饮食随年龄而变化。因此，一个6个月大的孩子每天需要摄入110 µg的糖。但是从14岁开始，建议的饮食为150微克/天。此外，据称碘摄入量不应超过每天1100微克。

- 甲状腺激素

促甲状腺激素（TSH）由垂体分泌，并刺激甲状腺滤泡摄取碘。碘被带入被称为胶体的甲状腺滤泡，在那里它与氨基酸酪氨酸结合形成单碘酪氨酸和二碘酪氨酸。

在滤泡胶体中，单碘甲状腺素分子与二碘甲状腺素分子结合形成称为三碘甲状腺素（T ₃）的分子。另一方面，二碘代酪氨酸的两个分子可以连接在一起，形成四碘代甲状腺素（T ₄）。T ₃和T ₄被称为甲状腺激素。

激素T ₃和T ₄分泌到血浆中，并与血浆蛋白结合。包括甲状腺激素转运蛋白（TBG）。大多数甲状腺激素以T _4的形式在血浆中运输。

但是，甲状腺激素的活性形式是T ₃，因此甲状腺激素“白色器官”中的T ₄会发生去碘化并转化为T ₃来发挥其激素作用。

效果编辑

甲状腺激素作用的影响是多重的，可能是：新陈代谢和蛋白质合成增加；促进身体生长和大脑发育；血压和心率增加等

-缺乏

碘的缺乏，因此甲状腺激素的缺乏，被称为甲状腺功能减退，会产生许多后果，受人的年龄影响。

如果在胎儿状态下发生碘缺乏症，最相关的后果就是克汀病。这种疾病的特征是精神功能受损，身体发育迟缓，斜视和性成熟延迟等症状。

碘缺乏症可引起甲状腺肿大，无论该年龄发生在何处。甲状腺肿是甲状腺过度发育，是由于碘缺乏导致的垂体释放的激素TSH过度刺激腺体引起的。

甲状腺（甲状腺肿大）过大会压迫气管，限制空气通过。另外，它可能导致喉神经受损，从而导致声音嘶哑。

风险性

过量摄入碘会中毒，可引起口腔灼伤，喉咙发烧和发烧。还有腹痛，恶心，呕吐，腹泻，脉搏微弱和昏迷。

碘过量会产生某些缺乏时出现的症状：抑制甲状腺激素的合成，从而增加TSH的释放，从而导致甲状腺肥大。就是甲状腺肿。

研究表明，过量摄入碘会导致甲状腺炎和甲状腺乳头状癌。另外，过量摄入碘会与药物相互作用，限制其作用。

与治疗甲亢的抗甲状腺药物（如甲巯咪唑）一起摄入过多的碘会产生累加效应并引起甲状腺功能减退。

血管紧张素转换酶（ACE）抑制剂，例如苯那普利，用于治疗高血压。摄入过量的碘化钾会增加高钾血症和高血压的风险。

应用领域

医生

碘充当皮肤或伤口消毒剂。它几乎具有瞬时的抗菌作用，渗透微生物内部并与硫氨基酸，核苷酸和脂肪酸相互作用，从而导致细胞死亡。

它主要对被覆盖的病毒发挥抗病毒作用，假定它攻击被覆盖的病毒表面的蛋白质。

浓缩溶液形式的碘化钾用于甲状腺毒症的治疗。它也可用于通过阻止放射性同位素与甲状腺的结合来控制¹³¹ I 辐射的影响。

碘用于治疗树突状角膜炎。为此，将角膜暴露于碘饱和的水蒸气中，从而暂时失去角膜的上皮。但是两到三天内可以完全恢复。

碘在治疗人乳囊性纤维化中也具有有益作用。同样，有人建议¹³¹ I可以作为甲状腺癌的可选治疗方法。

反应和催化作用

碘用于检测淀粉的存在，产生蓝色。碘与淀粉的反应也可用于检测印在含淀粉纸上的伪钞的存在。

四碘酸钾（II），也称为Nessler试剂，用于检测氨。同样，在碘仿测试中使用碱性碘溶液，以显示甲基酮的存在。

无机碘化物用于提纯金属，例如钛，锆，ha和or。在该过程的一个阶段中，必须形成这些金属的四碘化物。

碘可作为松香，油和其他木制品的稳定剂。

碘在甲基化，异构化和脱氢的有机合成反应中用作催化剂。同时，在孟山都和Cativa工艺中，氢碘酸被用作生产乙酸的催化剂。

碘在芳族胺的缩合和烷基化以及硫酸化和硫酸化过程以及合成橡胶的生产中充当催化剂。

摄影和光学

碘化银是传统摄影胶片的重要组成部分。碘用于制造电子仪器，例如单晶棱镜，偏振光学仪器和能够透射红外线的玻璃。

其他用途

碘用于制造农药，苯胺染料和酞菁。另外，它用于染料的合成，并且是一种灭火剂。最后，碘化银用作云中水蒸气的凝结核，以引起降雨。

参考文献

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