Йодът е химичен елемент със символ I и атомен номер 53. Най-тежкият от стабилните халогени, той е блестящо, сиво-черно, твърдо вещество с метален блясък. Йодът сублимира, образувайки виолетов газ. Елементарната форма на йода е открита от френския химик Бернар Куртоа през 1811 г. Две години по-късно, Луи Жозеф Гей-Люсак дава името на новия елемент – йод ( – „виолетов“).
Йодът е най-малко разпространеният от стабилните халогени. Той е по-рядко срещан от т.нар. „редкоземни елементи“. Йодът е най-тежкият от макроелементите и е от съществено значение за хормоните, произвеждани от щитовидната жлеза. Дефицитът на йод засяга около два милиарда души и е водещата причина за интелектуалната недостатъчност (кретенизъм).
Главните производители на йод в днешно време са Чили и Япония. Йодът и неговите съединения се използват предимно в медицината и хранителната промишленост. Благодарение на лекотата на прикрепването му към органичните съединения, той намира приложение като нетоксичен препарат за рентгеноконтраст. Йодът се използва и като катализатор в индустриалното производство на оцетна киселина и някои полимери.
История През 1811 г. йодът е открит от френския химик Бернар Куртоа. По времето на Наполеоновите войни във Франция е търсено голямо количество калиева селитра. Производството на селитрата изисква натриев карбонат, който може да бъде изолиран от морски водорасли, събрани по бреговете на Нормандия и Бретан. За да се отдели натриевият карбонат, водораслите се изгарят и пепелта се промива с вода. Останалите отпадъчни продукти се пречистват чрез добавяне на сярна киселина. Куртоа е добавил излишък на сярна киселина, при което се издигнал облак от виолетови пари. Куртоа забелязва, че изпаренията кондензират на студени повърхности, образувайки тъмни кристали, и предполага, че това вещество е нов елемент, но поради липсата на финансиране не прави повече опити.
Куртоа дава част от пробата на колегите си Шарл Дезорм и Никола Клеман, за да продължат изследванията. Друга част от веществото дава на химика Луи Жозеф Гей-Люсак, както и на физика Андре-Мари Ампер. На 29 ноември 1813 г. Дезорм и Клеман съобщават за откритието на Куртоа. Те описват веществото на среща на Имперския институт на Франция. На 6 декември 1813 г. Гей-Люсак съобщава, че откритото вещество е нов елемент или негово съединение с кислорода. Именно Гей-Люсак предлага името „йод“ поради виолетовия цвят на веществото. Ампер дава част от пробата си на английския химик Хъмфри Дейви, който експериментира и отбелязва сходството на новия елемент с хлора. На 10 декември Дейви изпраща писмо до Британското кралско научно дружество в Лондон, като заявява, че е идентифицирал новия елемент. По-късно Дейви и Гей-Люсак, които изолират йода в чисто състояние, отбелязват, че Куртоа е първооткривателят на елемента.
Характеристики Свойства
Йодът е четвъртият халоген в периодичната система, след флуора, хлора и брома. Той е най-тежкият стабилен представител на 17 група (петият халоген, радиоактивният астат, не е добре проучен поради краткия си период на полуразпад и твърде малката наличност, но при астата се наблюдават някои необичайни свойства поради релативистичния ефект). Подобно на останалите халогени, йодът има един електрон по-малко от стабилната октетна конфигурация, следователно е силен окислител реагиращ с много елементи, за да запълни най-външния си електронен слой. Йодът е най-слабият окислител сред халогените, тъй като е с най-ниска електроотрицателност. Елементарният йод образува двуатомни молекули (I2), като двата йодни атома споделят една обща електронна двойка, за да постигнат стабилен октет. При високи температури тези двуатомни молекули обратимо се дисоциират до йодни атоми. Поради това анионът I- е най-силният редуктор сред всички халогени, като най-лесно се окислява обратно до I2 (Астатът, вероятно, продължава тази тенденция – той е нестабилен като At– и лесно се окислява до At0 или At+. Съществуването на At2 е оспорвано).
Халогените потъмняват в цвета, когато атомният им номер нараства – флуорът е бледожълт газ, хлорът е зеленикавожълт газ, а бромът е червеникавокафява летлива течност. Йодът продължава тази тенденция – той е блестящо, черно кристално твърдо вещество, което се топи при 114 °C и кипи при 183 °C, водейки до образуването на виолетови пари. Цветът се дължи на вълните на видимата светлина, абсорбирани от халогените (астатът може да е изключение, в зависимост от това дали е с метален или неметален характер). Виолетовият цвят на йода се дължи на прехода на електрони между най-високата заета антисвързваща π-орбитала и най-ниската свободна антисвързваща σ-орбитала.
Йодът е слабо разтворим във вода – един грам йод се разтваря в 3450 ml при 20 °C, а при 50 °C в 1280 ml. Калиев йодид може да бъде добавен за увеличаване на разтворимостта чрез образуване на трийодидни йони. Неполярни разтворители като хексан и тетрахлорметан осигуряват по-висока разтворимост. Полярните разтворители се оцветяват в кафяво, а неполярните разтвори са виолетови като цвета на йодните пари. Йодът е виолетов, когато е разтворен в тетрахлорметан и наситени въглеводороди, а в алкохоли и амини той е с наситен кафяв цвят.
Температурите на топене и кипене на йода са най-високите сред стабилните халогенни елементи, съответстващи на нарастващата тенденция в групата. Йодът е най-летлив от халогените. Сред халогените йодът има най-голям атомен радиус, най-ниска йонизационна енергия, най-ниско електронно сродство, най-ниска електроотрицателност и най-слаба реактивоспособност.
Връзката в молекулата на йода (I2) е най-слабата от всички халогени. Поради това 1 % от газообразния йод при атмосферно налягане се дисоциира на йодни атоми при 575 °C. Температура, по-висока от 750 °C, е необходима за флуора, хлора и брома, за да се дисоциират в подобна степен. Повечето връзки на йода са по-слаби от аналогичните връзки с по-леките халогени. Газообразният йод се състои от I2 с дължина на връзка (I–I) – 266,6 pm. Връзката I–I е една от най-дългите единични връзки, които са известни. Тя е още по-дълга (271,5 pm), когато йодът е в твърдата фаза (ксенонът, който е съсед на йода, е с най-дългата връзка (Xe–Xe) – 308,71 pm). Твърдият йод притежава ромбична кристална структура, същата като на хлора и брома. Йодът е полупроводник със забранена зона от 1,3 eV (125 kJ/mol) – той е проводник при успоредна посока на кристалните му слоеве и изолатор в перпендикулярната им посока.
Изотопи От тридесет и седемте известни изотопа на йода само един се среща в природата – йод-127 (127I). Другите са радиоактивни и имат кратък период на полуразпад, затова се получават по синтетичен път. Тъй като йодът е само с един стабилен изотоп, атомното му тегло е известно с голяма точност.
Най-дълъг период на полуразпад от радиоактивните изотопи на йода има йод-129 (129I), който е с период на полуразпад от 15,7 милиона години, разпадащ се чрез β-разпад до стабилния ксенон-129 (129Xe). Изотопът йод-129 се е образувал заедно с йод-127 преди формирането на Слънчевата система, но първият се е разпаднал напълно до този момент, което го прави изчезнал радиоизотоп. Йод-129 се използва при изследването на историята на ранната Слънчева система и при проучването на стари подземни води, поради неговата подвижност в околната среда. Неговото разпространение може да се определи от излишъка на неговия дъщерен изотоп – ксенон-129. Следи от йод-129 все още съществуват днес, тъй като те са продукт на космическите процеси. 129I може да бъде получен и при взривове на ядрени бомби, но не се смята за изключително опасен поради невероятно дългия си период на полуразпад. По време на ядрените тестове през 60-те и 70-те години, йод-129 съставлява около 10-7 от всичкия йод на Земята. Ядрените изомери (мета-състояния) на йод-127 (127mI) и йод-129 (129mI) често се използват в спектроскопията на Мьосбауер.
Останалите йодни радиоизотопи имат много по-кратък период на полуразпад – не повече от няколко дни. Някои от тях намират медицински приложения. Йод-123 има период на полуразпад от тринадесет часа и се разпада, чрез електронен захват до телур-123, придружено от γ-лъчи. Tой се използва в областта на ядрената медицина, включително компютърна томография с единично фотонно излъчване () и рентгенова томография (). Йод-125 има период на полуразпад от петдесет и девет дни, разпадайки се чрез електронен захват до телур-125 и излъчвайки нискоенергийни γ-лъчи. Той се използва в биологичните анализи на ядрената медицина и в лъчевата терапия за лечение на редица болести – рак на простатата, увеални меланоми и мозъчни тумори. Йод-131 е с период на полуразпад от осем дни, като се разпада чрез β-разпад до мета-състоянието на ксенон-131 (131mXe), който претърпява изомерен преход до стабилен ксенон-131 (131Xe) с излъчване на γ-лъчи. Йод-131 се акумулира в човека чрез замърсената храна и води до натрупване на неговите нива в щитовидната жлеза, което може да причини увреждане на щитовидната жлеза. Излагането на високи нива на йод-131 е вероятната причина за развитие на рака на щитовидната жлеза. Другите възможни рискове са появата на доброкачествени тумори и базедова болест.
Обичайните средства, за защита срещу отрицателните ефекти на йод-131 са чрез насищане на щитовидната жлеза със стабилен йод-127, под формата на таблетки калиев йодид, вземани ежедневно за оптимална профилактика. Йод-131 може да се използва и за медицински цели – лъчетерапия и радиофармацевтика.
Съединения Енергия на халогенните връзки (kJ/mol) X XX HX BX3 AlX3 CX4 F 159 574 645 582 456 Cl243428444427327 Br193363368360272 I151294272285239
Въпреки че е най-слабо реактивоспособен от всички халогени, йодът е относително реактивоспособен елемент. Хлорът може да хлорира въглероден оксид, азотен оксид и серен диоксид до фосген, нитрозилхлорид и сулфурилхлорид съответно, но йодът не може да ги йодира. Освен това взаимодействието на йода с металите води до по-ниски степени на окисление за разлика от хлорирането и бромирането. Например реният реагира с хлор, образувайки рениев хексахлорид (ReCl6), с бром – рениев пентабромид (ReBr5), а с йод – рениев тетрайодид (ReI4). Тъй като йодът има най-ниската йонизационна енергия сред халогените, той най-лесно се окислява. Висшите му степени на окисление са доста по-стабилни от тези на брома и хлора.
Йодоводород Най-простото съединение на йода е йодоводородът (HI). Той е безцветен газ, който реагира с кислород и води до получаване на вода и йод. Използва се, най-вече при реакциите на йодиране и няма големи промишлени приложения.
Получава се, чрез реакция на йод със сероводород или хидразин:
Йодоводородът се топи при -51 °C и кипи при -35,1 °C. Той е ендотермично съединение, което може да се дисоциира при стайна температура, въпреки че процесът е много бавен, освен ако не е налице катализатор. Реакцията между водород и йод, при нормални условия, никога не свършва. Енергията на дисоциация на връзката H–I е най-ниската от халогеноводородите – 295 kJ/mol.
Водният разтвор на йодоводорода се нарича йодоводородна киселина, която е силна киселина. Йодоводородът е изключително разтворим във вода – един литър вода разтваря 425 литра йодоводород, като в наситен разтвор четири молекули вода се падат на една молекула йодоводород. Концентрираната йодоводородна киселина, обикновено, съдържа 48 – 57 % HI – разтворът образува азеотроп с точка на кипене 126,7 °C при 56,7 g HI на 100 g вода. Следователно, йодоводородната киселина не може да бъде концентрирана повече от 57 % чрез изпаряване на водата.