Iodine
Самый тяжелый стабильный галоген, необходимый для синтеза гормонов щитовидной железы.
Йод — химический элемент с символом I и атомным номером 53, самый тяжелый из стабильных галогенов. При стандартных условиях он представляет собой полублестящее неметаллическое твердое вещество, плавящееся в темно-фиолетовую жидкость и кипящее с образованием фиолетового газа. Его название, происходящее от древнегреческого слова «фиолетовый», было предложено Жозефом Луи Гей-Люссаком в 1813 году, через два года после открытия французским химиком Бернаром Куртуа. Куртуа, чья семья производила селитру для пороха, выделил йод, исследуя коррозию медных сосудов, используемых для переработки золы морских водорослей с целью получения карбоната натрия. Добавление избытка серной кислоты к отходам привело к образованию фиолетового пара, который кристаллизовался на холодных поверхностях. У Куртуа не было средств для продолжения исследования, поэтому он поделился образцами с другими учеными. Гей-Люссак и Хамфри Дэви независимо друг от друга идентифицировали его как элемент, хотя первооткрывателем считается Куртуа. В 1873 году Казимир Давен открыл антисептическое действие йода, а в 1908 году Антонио Гроссих ввел в практику спиртовой раствор йода для стерилизации кожи при хирургических операциях. Йод встречается в нескольких степенях окисления, включая йодид и йодат. Являясь самым тяжелым незаменимым минеральным питательным веществом, он необходим для синтеза гормонов щитовидной железы; его дефицит затрагивает около двух миллиардов человек и является основной предотвратимой причиной нарушений интеллекта. В настоящее время основными производителями являются Чили и Япония. Благодаря высокому атомному номеру и способности легко связываться с органическими соединениями, он используется в качестве нетоксичного рентгеноконтрастного вещества. Радиоактивные изотопы йода, благодаря их орган-специфичному поглощению, применяются для лечения рака щитовидной железы. Он также служит катализатором в производстве уксусной кислоты и некоторых полимеров. Йод входит в Примерный перечень основных лекарственных средств Всемирной организации здравоохранения.
Quick Facts
- Engvar
- en-GB
Facts from the source article.
Контекст
Во время Наполеоновских войн селитра пользовалась большим спросом, и морские водоросли из Нормандии и Бретани сжигали для получения необходимого карбоната натрия. Куртуа добавил избыток серной кислоты к отходам и наблюдал фиолетовый пар, который кристаллизовался на холодных поверхностях в виде темных кристаллов. Подозревая новый элемент, но не имея средств, он передал образцы коллегам Шарлю Бернару Дезорму, Никола Клеману, Жозефу Луи Гей-Люссаку и Андре-Мари Амперу. Ампер также передал образец Хамфри Дэви, который независимо идентифицировал его как новый элемент и уведомил об этом Королевское общество 10 декабря. Между Дэви и Гей-Люссаком возник спор о приоритете, но оба признали Куртуа первооткрывателем.
Путеводитель
Йод — самый тяжелый стабильный галоген с электронной конфигурацией [Kr]5s²4d¹⁰5p⁵, что делает его слабым окислителем по сравнению с более легкими галогенами. Он образует двухатомные молекулы I₂ с самой слабой межгалогенной связью среди стабильных галогенов, а его твердая форма представляет собой двумерный полупроводник. Природный йод состоит исключительно из стабильного изотопа ¹²⁷I, что делает его мононуклидным и моноизотопным; самым долгоживущим радиоизотопом является ¹²⁹I с периодом полураспада 16,1 миллиона лет. Йод необходим для синтеза гормонов щитовидной железы, и его дефицит является основной предотвратимой причиной нарушений интеллекта, затрагивая около двух миллиардов человек. Благодаря высокому атомному номеру и способности легко присоединяться к органическим соединениям, он используется в качестве нетоксичного рентгеноконтрастного вещества, а радиоактивные изотопы применяются для лечения рака щитовидной железы. Йод также служит катализатором в производстве уксусной кислоты и некоторых полимеров. Основными производителями в настоящее время являются Чили и Япония. Он входит в Примерный перечень основных лекарственных средств Всемирной организации здравоохранения. В ранних периодических таблицах йоду часто присваивался символ J, от его немецкого названия Jod.
Химия хрупкой связи
Связь углерод-йод находится на самом слабом конце спектра углерод-галогенных связей, что является прямым следствием большого атомного радиуса йода и его сравнительно низкой электроотрицательности. Энергии диссоциации связи в ряду CH3X неуклонно падают от 115 ккал/моль для связи C-F до всего лишь 57,6 ккал/моль для C-I, что отражает тенденцию увеличения размера каждого последующего атома галогена. Эта выраженная лабильность делает йодид-ион наиболее эффективной уходящей группой среди галогенидов — свойство, лежащее в основе многих его синтетических применений в лаборатории. Однако та же слабость означает, что образцы органических соединений йода часто имеют слабый желтоватый оттенок, вызванный примесью молекулярного йода. Еще одной поразительной физической характеристикой является плотность: из-за того, что йод очень тяжелый, такие соединения, как йодистый метилен, упаковывают примерно 3,325 грамма в один миллилитр, что значительно превышает плотность типичных органических жидкостей. Большинство молекул органических соединений йода содержат йод, присоединенный к одному атому углерода в простой анион-производной форме, хотя меньшинство несет йод в более высоких степенях окисления.
От лабораторного стола до операционной
Хотя лишь немногие органические соединения йода производятся в действительно промышленных масштабах, они находят применение в удивительно широком спектре практических областей. Йодоформ, йодистый метилен и йодистый метил используются в качестве дезинфицирующих средств или пестицидов, в то время как йодистый метил также служит промежуточным продуктом в промышленном синтезе уксусной кислоты и уксусного ангидрида. В медицине полийодорганические соединения — многие построены на основе 1,3,5-трийодбензольного каркаса и содержат примерно половину своей массы в виде йода — действуют как рентгеноконтрастные вещества для урографии и ангиографии, используя способность тяжелого ядра йода поглощать излучение. Например, йоверсол содержит водорастворимые диольные группы, обеспечивающие хорошую растворимость агента, его нетоксичность и быстрое выведение. В сельском хозяйстве йоксинил является одним из очень немногих органических гербицидов, содержащих йод, ингибируя фотосинтез на уровне фотосистемы II. Даже в аэрокосмической отрасли и точном машиностроении находят применение органические йодсодержащие смазки для титана и нержавеющих сталей, которые схватываются при использовании обычных масел; они используются в узлах турбин и компонентах космических аппаратов.
Жизнь, океаны и глобальный круговорот йода
На сегодняшний день каталогизировано более трех тысяч органических соединений йода, однако наиболее важными для здоровья человека являются гормоны щитовидной железы — тироксин и трийодтиронин, чья ключевая роль в метаболизме является причиной, по которой правительства обязывают йодировать поваренную соль. Помимо человеческого организма, морские организмы служат богатыми резервуарами молекул органических соединений йода; например, губка Plakortis simplex содержит недавно идентифицированные плакогипофарины. В планетарном масштабе океан, микробные сообщества на рисовых полях и сжигание биологического материала вместе производят, по оценкам, 214 килотонн летучего йодметана ежегодно. Атмосферное окисление разрушает это соединение, поддерживая глобальный круговорот йода, который перерабатывает элемент через воздух, воду и живые ткани. Это взаимодействие между биологией и геохимией подчеркивает, как относительно редкий класс органических молекул, тем не менее, пронизывает практически все основные экосистемы Земли.
Построение связи C–I в лаборатории
Синтез органических соединений йода требует набора различных стратегий, выбираемых в зависимости от характера замещения в целевом продукте и природы исходного материала. Прямое присоединение молекулярного йода по ненасыщенной связи в принципе несложно — RHC=CH2 плюс I2 дает вицинальный дийодид, — но реакция протекает медленно с ненапряженными алкенами; это ограничение фактически используется для определения йодного числа жиров и подобных образцов. Когда углерод уже содержит уходящую группу, такую как хлорид, тозилат или бромид, йодид-анион выступает в качестве сильного нуклеофила в реакции, известной как реакция Финкельштейна. Спирты могут быть превращены в соответствующие йодиды с помощью трийодида фосфора; классическим примером является превращение метанола в йодметан с сопутствующим образованием фосфористой кислоты. Объемные спиртовые субстраты вместо этого реагируют с метиодидом трифенилфосфита. Для ароматических колец обработка диазониевой соли йодидом калия приводит к чистому замещению с образованием арилйодида.
More in Химия и материалы
Заметили ошибку?
Исправления от читателей сразу попадают в нашу очередь на проверку. Предложить правку · Как собираются источники для этого сайта