Характеристика элемента по периодической системе

     Содержание 
 

     Вступление 

     Йод знают все. Порезав палец, мы тянемся к склянке с Йодом, точнее с его спиртовым веществом. Но не все знают как принципиально содержание Йода в нашем организме. Йод является совсем мощным антисептическим продуктам. Но Йод служит не лишь для смазывания ссадин и царапин. Хотя Йода в человеческом организме всего 25 мг, он играется важную роль. Крупная часть «человеческого Йода» находится в щитовидной железе: он входит в состав вещества, которое регулирует обмен веществ в организме. При недостатке Йода задерживается физическое и умственное развитие и возникает заболевание, называющаяся эндемический зоб. Это случается в высокогорных районах, где естественное содержание Йода в воздухе, воде и еде совсем низкое.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     1. Характеристика элемента  по периодической  системе (Нахождение в системе, электронная графическая структура атома, возможные степени окисления, примеры соединений) 

     Йод — химический элемент VII группы периодической  системы Менделеева. Атомный номер  — 53. Относительная атомная масса 126,9045 (рис. 1). Галоген. Из имеющихся в природе галогенов — самый тяжёлый, если, естественно, не считать радиоактивный короткоживущий астат. Фактически весь природный Йод состоит из атомов одного — единственного изотопа с массовым числом I127, его содержание в земной коре 4 * 10-5 % по массе. Радиоактивный Йод I125 появляется в ходе естественных радиоактивных перевоплощений. Из искусственных изотопов Йода важнейшие — Йод I131 и Йод I133. их в основном употребляют в медицине. I2 — галоген. Мрачно-серые кристаллы с металлическим блеском. Летуч. Плохо растворяется в воде, отлично — в органических растворителях (с фиолетовым либо коричневым окрашиванием раствора) либо в воде с добавкой солей — Йодидов. Слабый окислитель и восстановитель. Реагирует с концентрированными серной и азотной кислотами, сплавами, неметаллами, щелочами, сероводородом. Образует соединения с другими галогенами. Молекула элементного Йода, как и иных галогенов, состоит из двух атомов. Йод — единственный из галогенов — находится в твёрдом состоянии при обычных условиях. Красивые тёмно — синие кристаллы Йода больше всего похожи на графит. Отчётливо выраженное кристаллическое строение, Способность проводить электрический ток — все эти «металлические» характеристики характерны для незапятнанного Йода.  
 
 
 
 
 
 
 

     2. Нахождение в природе (в свободном состоянии и в основных соединениях) 

     Иод — элемент редкий. Его кларк всего 400 мг/т. Но у йода есть одна особенность — крайняя рассеянность в природе. Будучи далеко не самым распространенным элементом, иод присутствует практически везде. Находится в виде иодидов в морской воде (20 — 30 мг на тонну морской воды). Присутствует в живых организмах, больше всего в водорослях (5 кг на тонну высушенной морской капусты (ламинарии)). Известен в природе также в свободной форме, в качестве минерала, но такие находки единичны, — в термальных источниках Везувия и на о. Вулькано (Италия). Запасы природных иодидов оцениваются в 15 млн тонн, 99 % запасов находятся в Чили и Японии. В настоящее время в этих странах ведётся интенсивная добыча иода, например, чилийская Atacama Minerals производит свыше 720 тонн иода в год. Наиболее известный из минералов йода — лаутарит Ca(IO₃)₂. Некоторые другие минералы йода — йодобромит Ag(Br, Cl, I), эмболит Ag(Cl, Br), майерсит CuI • 4AgI.

     Сырьём  для промышленного получения  йода в России служат нефтяные буровые воды, тогда как в зарубежных странах, не обладающих нефтяными месторождениями, используются морские водоросли, а также маточные растворы чилийской (натриевой) селитры, щёлок калийных и селитряных производств, что намного удорожает производство йода из такого сырья.

     3. Свойства простого  вещества  и применение  на основе этих  свойств 

     Йод принадлежит к числу важнейших  микроэлементов, принимающих участие  в интимнейших процессах обмена веществ в высокоразвитых организмах. В этой своей высшей функции йод не может быть заменен никаким другим химическим элементом. Жизнь на земле без йода невозможно представить, так как без него она вообще невозможна.

     В ходе длительной эволюции наземных организмов их внутренняя среда претерпела значительные количественные изменения по сравнению с колыбелью жизни - водой Мирового океана. Содержание солей в океанской воде составляет в среднем 3,5%, а в плазме крови человека - 0,9%, то есть в четыре раза меньше. Однако для йода природа сделала исключение. Среднее содержание йода в океанской воде составляет 0,000005%, а в плазме крови - 0,00001%, то есть содержание йода во внутренней среде человека не только не снизилось, а, наоборот, сохранилось на уровне вдвое большем, чем в воде океана. Таким образом, человек разумный является видом-концентратором йода. Этот факт подчеркивает ту уникальную роль, которую играет йод в жизнедеятельности человеческого организма.

     Общее содержание йода в организме взрослого  человека составляет 20-30 мг, причем около 10 мг находится в щитовидной железе. В организме человека и животных йод присутствует как в виде неорганических соединений - йодидов, так и в составе органических веществ: белка тиреоглобулина, йодированных аминокислот - моной-одтиронина, дийодтиронина, трийодтиронина и тироксина, а также промежуточных продуктов их метаболизма.

     Основным  источником йода для человеческого  организма является пища, главным  образом растительная. Продукты животного  происхождения играют более скромную роль в обеспечении потребности  организма в йоде. 85 - 95% йода человек получает с пищей, вода и атмосфера в сумме дают 5 - 15%. Йод поступает из кишечника в кровь или в неорганической форме - в виде йодидов, или в виде йодированных жирных кислот, йодсодержащих аминокислот. Неорганические соединения йода положительных степеней окисления при попадании в кишечник восстанавливаются до йодид-иона.

     Попавшие  в ток крови йодид-ионы избирательно захватываются щитовидной железой  и почками. Почки осуществляют выведение  йода из организма. Таким образом, при  введении в организм йода в виде йодид-иона значительная часть микроэлемента не достигает щитовидной железы. Этим в какой-то степени объясняется меньшая эффективность препаратов неорганического йода - йодидов и йодатов - по сравнению с органическими соединениями микроэлемента.

     В щитовидной железе находятся ферментные системы, осуществляющие превращение  йода из биологически неактивной формы (йодид-ион) в активную (тиреоидные гормоны) и поддерживающие динамическое равновесие между этими формами. На наружной поверхности клеточных мембран йодид-ион окисляется ферментом йодид-оксидазой до гипойодит-иона, который проникает через клеточную мембрану. В клетке гипойодит-ион восстанавливается под действием фермента йод-редуктазы до йодид-иона, который принимает участие в биосинтезе тиреоидных гормонов щитовидной железы [Мохнач, 1968].

     Механизм  биосинтеза йодсодержащих гормонов щитовидной железы до конца не выяснен. В настоящее время известны две  гипотезы синтеза трийодтиронина и  тироксина. По одной из них в щитовидной железе под действием фермента происходит присоединение йода к готовой молекуле тиреоглобулина, после чего образовавшаяся молекула расщепляется с выделением тироксина и других йодсодержащих гормонов. По другой - происходит непосредственное йодирование тирозина, а затем - последующий синтез белка тиреоглобулина. Вероятен ступенчатый биосинтез тироксина - йодирование молекулы тирозина с образованием дийодтиронина на первом этапе и ферментативная конденсация двух молекул дийодтиронина с образованием тироксина и выделением аланина - на втором.

     В циркулирующей крови около 75% йода находится в виде органических соединений, остальная часть йода представлена йодид-ионом. У здорового человека концентрация свободных тиреоидных гормонов в плазме крови очень  низкая. Более 90% органических соединений йода представлено тироксином, связанным со специфическими тироксинсвязывающими белками плазмы: альфа-глобулином, преальбумином и альбумином. Трийодтиронин также циркулирует в крови в связанном состоянии, но его связь с белками плазмы менее прочная. Кроме этих основных форм, в плазме крови в незначительном количестве присутствуют и другие йодированные компоненты: 2-монойодгистидин, 4-монойодгистидин, тироксамин и 4-окси-3,5-ди-йодфенилпировиноградная кислота. Эти вещества представляют собой промежуточные продукты метаболизма йодсодержащих гормонов щитовидной железы.

     Поступающие из плазмы крови в ткани тиреоидные гормоны освобождаются от связи  со специфическими белками плазмы и  выполняют свою гормональную функцию. Изучение гормональной активности различных йодированных тиронинов показало, что только 3,5-ди-йодтиронин, 3,3',5-трийодтиронин и тироксин обладают гормональной активностью, прочие соединения этого класса инертны. Максимальной активностью обладает 3,З'5-трийодтиронин, активность тироксина в четыре раза ниже. Для того чтобы соединение обладало гормональной активностью, необходимо и достаточно наличие двух атомов йода в положениях 3 и 5 внутреннего ароматического кольца молекулы тиронина.

     Каков же механизм гормонального действия тиреоидных гормонов? Исследования показывают, что первой фазой гормонального действия является присоединение молекулы гормона к белку за счет амино- и карбоксильной групп аланинового остатка. Затем атом йода, находящийся в положении 5 внутреннего ароматического ядра, отдает один электрон и приобретает положительный заряд. Эта форма йода обладает максимальной биологической активностью. Отданный йодом электрон затрачивает часть своей энергии на синтез аденозинтрифосфорной кислоты из аденозиндифосфата и фосфорной кислоты. Энергия электрона может акцептироваться также ди- и трифосфопиридиннуклеотидом. В конечном итоге энергия запасается в виде макроэргических связей.

     Положительно  заряженный атом йода захватывает электрон с низкой энергией из сопряженной  окислительной цепи. При этом молекула гормона возвращается к своему исходному состоянию, в котором она снова может служить донором электрона, обладающего высокой энергией. Эта модель объясняет появление источника энергии в виде слабого электрического тока, при помощи которого создаются макроэргические связи и который лежит в основе такой важной функции тиреоидных гормонов, как теплообразование.

     В чем же состоит уникальность действия тиреоидных гормонов? Почему йод не может быть заменен никаким другим химическим элементом? В большинстве ферментных систем, осуществляющих запас энергии за счет окислительно-восстановительных процессов, необходимым условием функционирования является синхронный перенос двух электронов с молекулы-донора на субстрат. Там, где требуется перенос одного электрона, тиреоидные гормоны становятся абсолютно незаменимыми. Кроме того, перенос электрона тиреоидными гормонами осуществляется на субмолекулярном уровне; он не связан с перестройкой молекулярной структуры гормона, а потому каждая молекула гормона может обеспечить огромное количество биохимических превращений.