Иод
Общие сведения
Иод представляет собой химический элемент семнадцатой группы периодической системы с атомным номером 53. Относится к категории галогенов и является неметаллом. Название элемента происходит от греческого слова, означающего «подобный фиалке», что связано с характерным фиолетовым цветом его паров. Элемент был открыт в 1811 году французским химиком Бернаром Куртуа, а в период с 1811 по 1813 год Жозеф Луи Гей-Люссак окончательно доказал, что иод является простым веществом, и синтезировал его первые соединения, включая оксиды и кислоты. В современной химической номенклатуре предпочтительным является написание «иод», хотя вариант «йод» также широко распространен. Данный элемент является жизненно важным для живых организмов, в частности, он входит в состав тиреоидных гормонов щитовидной железы человека и животных, таких как тироксин и трийодтиронин.
Свойства и характеристики
При нормальных условиях и комнатной температуре иод представляет собой твердое вещество в виде черно-серых или темно-фиолетовых кристаллов с металлическим блеском. При нагревании до 113 градусов Цельсия вещество подвергается возгонке, переходя непосредственно в газообразное состояние и образуя пары фиолетового цвета. Получение жидкого иода возможно только при нагревании в закрытом сосуде под повышенным давлением. В воде элемент растворяется слабо, однако его растворимость значительно повышается в растворах иодидов щелочных металлов. При охлаждении паров происходит обратный процесс кристаллизации, минуя жидкую фазу, что применяется на практике для очистки вещества от примесей. С химической точки зрения иод проявляет свойства типичного галогена, хотя его активность ниже, чем у хлора и брома. Взаимодействие с металлами происходит при легком нагревании с образованием иодидов. С водородом образует иодоводород, который выступает в роли окислителя. При растворении в воде частично образует смесь кислот, включая иодоводородную и иодноватистую. Характерной аналитической реакцией на присутствие иода является его взаимодействие с крахмалом, в результате которого появляется интенсивное синее окрашивание. В кристаллическом виде вещество является токсичным. Полулетальная доза для человека составляет около трех граммов. Вдыхание паров вызывает поражение дыхательных путей, слизистых оболочек глаз, кашель и головную боль, а попадание внутрь приводит к тяжелым отравлениям, поражению сердечно-сосудистой системы и почечной недостаточности. Особую опасность представляет радиоактивный нуклид иод-131, который способен накапливаться в щитовидной железе вместо стабильного изотопа, вызывая ее радиационное разрушение.
Нахождение в природе
Иод достаточно широко распространен в природе, однако преимущественно находится в рассеянном состоянии. Он повсеместно присутствует в морской воде в низких концентрациях. Способностью аккумулировать этот элемент из морской воды обладают различные морские организмы и водоросли, в первую очередь ламинария. В виде самостоятельных минералов иод встречается редко. К числу природных иодосодержащих минералов относятся лаутарит, иодобромит, эмболит и майерсит. Около 99 процентов мировых запасов минерального иода сосредоточено на территориях Чили и Японии. В Чили расположены уникальные залежи природных иодатов, приуроченные к пустыне Атакама. Помимо этого, значительные запасы элемента содержатся в подземных рассолах, нефтяных буровых водах и иодоносных рассолах газовых скважин, которые разрабатываются в таких странах, как США, Япония, Туркменистан и Индонезия.
Получение
Исторически одним из первых промышленных методов получения иода была его экстракция из морских водорослей. В период Первой мировой войны из-за сокращения поставок этот метод активно развивался в Европе и России. В настоящее время абсолютное большинство мирового производства иода базируется на добыче из минерального сырья. На сегодняшний день 95 процентов мирового объема производства обеспечивают всего шесть стран, при этом доминирующее положение на рынке занимает Чили. Чилийская промышленность извлекает иод из минералов и маточных растворов селитряных производств. Вторым по значимости источником являются подземные иодоносные рассолы, из которых элемент добывают в Японии, США, Туркменистане и других странах. Из-за высокой стоимости извлечения из рассолов этот метод менее рентабелен по сравнению с добычей из чилийских минеральных залежей. Очистка полученного сырья осуществляется методом возгонки, при которой иод испаряется и затем конденсируется в чистом виде.
Применение
Около половины производимого в мире иода используется в медицинской и фармацевтической отраслях. Широко известен пятипроцентный спиртовой раствор, применяемый в качестве эффективного средства для дезинфекции кожи. Около 22 процентов мирового производства уходит на создание рентгеноконтрастных препаратов, которые вводятся в кровеносную систему для проведения томографии и визуализации сосудов. Препараты иода применяются для диагностики и лечения заболеваний щитовидной железы, включая диффузно-токсический зоб. Пищевая промышленность использует около 3 процентов добываемого элемента для обогащения поваренной соли. Эта мера направлена на профилактику йододефицитных состояний, эндемического зоба и кретинизма в регионах с природным недостатком иода. Еще 8 процентов применяется в качестве пищевых добавок в животноводстве. В высокотехнологичных отраслях иод расходуется на производство пленок для жидкокристаллических дисплеев, на долю которых приходится 12 процентов потребления. Кроме того, элемент используется в производстве галогеновых и металлогалогеновых ламп, литий-ионных аккумуляторов и сверхмощных газовых лазеров на возбужденных атомах.